Поиск

Реакция почв, растения и почвенные типы
28.10.2015

Наиболее благоприятной для растений в физиологическом отношении является реакция почвенного раствора, близкая к нейтральной, слабощелочной или слабокислой (табл. 88).
В интервале нейтральной реакции почвенного раствора сочетаются в наиболее благоприятной форме элементы минерального и азотного питания растений. В кислом интервале (pH ниже 5,5) наблюдается дефицит нитратов (подавление нитрифицирующих микроорганизмов), уменьшение доступности фосфора (образование малорастворимых фосфатов железа и алюминия), недостаток кальция, серы, калия, магния. В щелочном интервале (pH выше 7,5—8) также может быть дефицит иитратов и фосфатов, избыток легкорастворимых солей, недостаток двухвалентных форм железа и марганца (что часто вызывает хлороз растений), дефицит меди, цинка, а иногда и бора.

Реакция почв, растения и почвенные типы

Однако существует ряд растений, для которых благоприятна не нейтральная, а кислая либо щелочная реакция. Существуют также растения, которые могут с успехом произрастать при любой реакции почвенного раствора, но продукция их, ради которой они возделываются, при этом приобретает отрицательные качества. Так, известно, что чайный куст, цитрусовые, тунг нуждаются для развития и получения ценной продукции в сильно выраженной кислой реакции (pH 4—6) и не выносят присутствия в почве углекислого кальция. Крымский табак развивается и дает ценную продукцию в щелочной среде. Кавказский табак предпочтительно возделывать на кислых субтропических почвах, так как качество продукции на щелочных почвах всегда ниже. Наоборот, такие растения, как свекла и твердая пшеница, дают наиболее высококачественную и ценную продукцию на почвах со слабощелочной и щелочной реакцией (табл. 88).
Кислотность почв

Кислотность — это способность одного соединения передавать протон (ион водорода) другому соединению. Этой способностью обладают очень многие почвы земного шара. По современным воззрениям, кислотность почв обусловлена наличием обменного водорода и обменного алюминия. В высокогумусных почвах и кислом торфе преобладает обменный водород; в кислых глинах нередко преобладает обменный алюминий. Водород десорбируется основаниями легче и быстрее, чем алюминий. Обменный алюминий токсичнее для растений, чем обменный водород.
Предполагают, что обменный алюминий — главный носитель скрытой кислотности минеральных почв, которая выявляется при обработке почвы щелочными (pH 8—8,2) препаратами или при внесении удобрений.
Кислая реакция почвенного раствора настолько сильно снижает плодородие почв, что проблема борьбы с почвенной кислотностью является одним из важнейших вопросов агрономического почвоведения в умеренном и умеренно холодном поясах Земли. С древнейших времен эмпирически установлены способы борьбы с кислотностью почв путем их известкования.
Кислотность почв имеет также большое значение в строительном деле. В кислых почво-грунтах устойчивость строительных материалов, сооружений и их долговечность значительно понижаются в сравнении с почвами нейтральными.
Большое практическое значение кислотности почв в сельском хозяйстве обусловило глубокую изученность этого явления. Различается несколько видов кислотности: потенциальная, активная, обменная и гидролитическая.
Потенциальная кислотность почв. Потенциальной кислотностью почв называется такая кислотность, которая характеризует суммарную концентрацию кислот и кислотных агентов, существующих в данной почве как в диссоциированном, так и в недиссоциированном состоянии. Потенциальная кислотность определяется путем титрования почвенного раствора или почвенной суспензии раствором щелочи определенной концентрации. Величина потенциальной кислотности выражается количеством миллиграмм-эквивалентов раствора щелочи, пошедшим на титрование. Потенциальная кислотность в результате пересчетов может быть также выражена в виде концентрации кислот в почве.
Активная (актуальная), кислотность почв. Растворы, имеющие одинаковую потенциальную кислотность, т. е. имеющие одинаковое количество и концентрацию различных кислот, могут резко различаться по активной кислотности, т. е. кислотности, обязанной присутствию свободных ионов водорода, отдиссоциированных кислотой. Известно, что кислоты различаются по степени диссоциации; поэтому, например, при одинаковой потенциальной кислотности сильной соляной и слабой уксусной кислот актуальная кислотность их растворов будет различна, так как соляная кислота диссоциирует практически нацело, а уксусная кислота — значительно слабее. Соответственно при одной и той же потенциальной кислотности pH раствора уксусной кислоты будет всегда выше, чем pH раствора соляной кислоты той же концентрации:
Реакция почв, растения и почвенные типы

В связи с большим разнообразием соединений, обусловливающих кислую реакцию в почвах, при одинаковой потенциальной кислотности активная кислотность почв может быть резко различной. Между тем именно активная кислотность определяет жизнедеятельность микроорганизмов и условия существования растений. Поэтому определение pH почвенного раствора, грунтовой воды или суспензии является существенным элементом изучения химии почв. Установление величины истинной концентрации водородного иона и будет характеристикой активной (актуальной) кислотности почв.
Обменная кислотность. В качестве особой формы кислотности различают обменную кислотность. Строго говоря, она является разновидностью потенциальной кислотности почв. Обменная кислотность обязана наличию в почвенном поглощающем комплексе (ППК) обменного водорода или обменного алюминия. Обнаруживается обменная кислотность при взаимодействии твердой фазы почв с нейтральными солями, при котором происходит обменное поглощение катиона нейтральной соли с вытеснением поглощенного водорода или алюминия. Обменное вытеснение водорода и алюминия сопровождается появлением в растворе кислоты.
Обычно обменная кислотность в почвах определяется путем приведения кислой почвы во взаимодействие с раствором хлористого калия. При этом реакция, ведущая к проявлению обменной кислотности, идет по следующей схеме:
Реакция почв, растения и почвенные типы

Свободная кислота, образующаяся в результате взаимодействия насыщенной водородом или алюминием почвы с раствором нейтральной соли, в дальнейшем может быть оттитрована и выражена количеством миллиграмм-эквивалентов раствора щелочи, пошедшим на титрование этой кислоты. Часто обменная кислотность характеризуется также путем определения pH в полученном растворе солевой вытяжки. О сдвигах реакции нейтральной соли под влиянием обменной кислотности при взаимодействии кислой почвы с нейтральной солью можно судить по приведенным ниже данным:
Реакция почв, растения и почвенные типы

Гидролитическая кислотность. Показателем гидролитической кислотности пользуются для характеристики максимально возможного количества обменных водорода или алюминия, находящихся в обменном состоянии в почве.
Для определения величины гидролитической кислотности пользуются приведением кислой почвы во взаимодействие с ацетатом натрия (CH3COONa). Ацетат натрия является гидролитически щелочной солью, поэтому при взаимодействии его с кислой почвой последняя отщепляет в раствор значительно большее количество поглощенного водорода, чем при взаимодействии с нейтральной солью. По-видимому, основным действующим началом при этом является образующийся при гидролизе ацетата NaOH. Na+ вытесняет обменный H+, что и обусловливает больший его выход.
Величина гидролитической кислотности выражается количеством миллиграмм-эквивалентов раствора щелочи, пошедшим на нейтрализацию вытесненного водорода. Ниже приведены пределы колебания гидролитической кислотности в кислых почвах:
Реакция почв, растения и почвенные типы

Чем выше кислотность почв и грунтов, тем интенсивнее их корродирующее, разрушающее влияние на металлические, цементные и битумные строительные материалы, тем больше их «агрессивное действие», которое необходимо предусматривать при строительстве на кислых почво-грунтах.
Известкование кислых почв. Естественное плодородие кислых почв умеренного и холодного поясов очень низкое. Пшеница, кукуруза, свекла, люцерна, клевер и даже рожь и ячмень на кислых почвах дают низкие урожаи. Причиной этого является недостаток в почвах кальция, магния и микроэлементов.
В целях коренной мелиорации кислых почв и придания им нейтральной или слабокислой реакции, благоприятной для жизнедеятельности растений и активности микроорганизмов, применяется известкование почв с целью замещения обменных водорода и алюминия кальцием. Без известкования даже высокие дозы удобрений на кислых почвах оказывают слабое действие, а иногда дают отрицательный результат. Улучшение кислых почв путем известкования достигается в ходе следующих реакций:
Реакция почв, растения и почвенные типы

Как видно, в процессе известкования почв обменные водород и алюминий замещаются кальцием с образованием угольной кислоты и гидроокиси алюминия. Угольная кислота распадается на воду и уходящий в атмосферу углекислый газ. Если в кислой почве есть свободные кислоты, они также нейтрализуются при известковании с образованием кальциевых солей.
Гипсование кислых почв недопустимо, потому что при этом обменная кислотность превращается в активную и в результате реакции появляется серная кислота:
Реакция почв, растения и почвенные типы

Таким образом повышается кислотность почв и ухудшаются условия существования организмов.
Известкование производится путем внесения в почву углекислого кальция (молотый известняк, мергель и т. д.) в количестве от 5 до 20 г/га. Известкование наиболее эффективно, когда оно сопровождается внесением минеральных и органических удобрений на фоне правильных севооборотов с многолетними травами. В этих случаях улучшается не только реакция почвы, но и ее структура. Принято считать, что почвы, имеющие pH около 6, в известковании не нуждаются, при pH 5,5—4,5 нуждаются в умеренном известковании, при pH менее 4,5 нуждаются в интенсивном известковании.
Кислые, не насыщенные основаниями почвы, нуждающиеся в известковании, широко распространены в нечерноземной зоне России. В этой зоне известкование почв приходится повторять через 10—15 лет, так как под влиянием промывного водного режима кальций вымывается и кислотность почв восстанавливается.
Щелочность почв

Высокая щелочность является весьма отрицательным свойством многих почв, обусловливающим их низкое плодородие. При pH почвенного раствора более 8,5 культурные растения перестают нормально развиваться. При общей щелочности водных вытяжек из почв больше 0,05—0,07% HCO3- сельскохозяйственные растения испытывают серьезное угнетение. Если pH почвенного раствора выражается величиной 9—10, а титрованная щелочность достигает 0,1% HCO3-, то почвы обладают крайне низким плодородием вследствие плохих химических и физических свойств. Водно-физические и агрофизические свойства таких почв крайне неблагоприятны вследствие большой вязкости, липкости, водонепроницаемости во влажном состоянии, значительной твердости, цементированности и бесструктурности в сухом состоянии.
Основными причинами щелочной реакции почв являются поглощенный натрий и содержание свободной нормальной или двууглекислой соды в почвах, поэтому для химической мелиорации щелочных почв — содовых солончаков — необходимы замещение обменного натрия на кальций и нейтрализация свободной соды по следующим схемам:
Реакция почв, растения и почвенные типы

Обычно химическая мелиорация щелочных почв производится путем внесения гипса или различных материалов (естественных или отходов промышленности), содержащих гипс, серную кислоту, сульфат железа, пиритовые огарки или серу. Сера, окисляясь до серной кислоты, действует на углекислый кальций почв, образуя гипс, а последний действует на соду и поглощенный натрий. В настоящее время в Армении осуществляют большие работы по мелиорации содовых солончаков методом кислования серной кислотой с последующими промывками и дренажем.
Известкование щелочных почв недопустимо, так как при этом произойдет увеличение щелочности вследствие вытеснения обменного натрия и дополнительного образования свободной соды по схеме
Реакция почв, растения и почвенные типы

В табл. 89 дается обзор зависимости между реакцией почв и их важнейшими свойствами.
Реакция почв, растения и почвенные типы

Буферность почв и почвенных растворов

Реакция почв отличается значительной устойчивостью по отношению к внешним воздействиям. Изменение влажности, сорбция и десорбция ионов, воздействие удобрений и даже слабых растворов щелочей и кислот способны лишь в незначительной степени и притом медленно изменять актуальную реакцию почв. Способность почв противостоять резкому изменению актуальной реакции при воздействии химических факторов называется буферностью почв. Буферные свойства в почвах обязаны совокупности различных явлений. Чаще всего буферные свойства почв связаны с поглощением и вытеснением ионов, с процессами перехода соединений в ионные или, наоборот, в молекулярные формы и, наконец, с нейтрализацией и выпадением в осадок поступающих и образующихся в почве компонентов. Необходимо различать буферность почв против кислотных агентов и буферность против щелочных.
Буферность почв сказывается довольно сильно в практике применения химических мелиораций. Ее необходимо учитывать при оценке орошаемых почв и качества поливных вод. Последствия орошения почв щелочными водами зависят от того, как велики запасы гипса в почве, так как гипс нейтрализует слабые растворы бикарбонатов натрия, приносимых поливными водами. Безгипсовые горизонты очень быстро подвергаются осолонцеванию и подщелачиванию при орошении слабощелочными водами.
Основными факторами, определяющими способность почв противостоять изменениям реакции, являются механический состав и особенно содержание в них высскодисперсных минералов и органических коллоидов, их поглотительная способность, наличие соединений, способных нейтрализовать кислоты и щелочи. Чем выше степень дисперсности почв и чем выше в них содержание органических и минеральных коллоидов, тем выше их буферность по отношению к изменению реакции как в кислом, так и в щелочном интервале. Буферность возрастает также параллельно увеличению емкости поглощения почв. Поэтому наименьшей буферностью обладают супесчаные и особенно песчаные малогумусные почвы; наибольшей буферностью обладают высокоглинистые почвы, содержащие большое количество гумуса, монтмориллонита и почвенных коллоидов с широким отношением кремнезема к глинозему.
О значении почвенных коллоидов и поглотительной способности в явлениях буферности почв можно судить по следующим схемам реакции:
Реакция почв, растения и почвенные типы

Буферная способность почв по отношению к кислотам, поступающим в почвы, будет тем выше, чем больше в почвах соединений, способных нейтрализовать поступающие кислоты и перевести их в соли. В почвах наиболее распространенными соединениями подобного типа являются карбонаты кальция и натрия. Фосфаты железа, алюминия, кальция, окислы и гидраты окислов железа, алюминия, марганца, обладая способностью нейтрализовать кислоты с образованием солей, также являются факторами буферности почв по отношению к кислотам. Большую роль в буферности почв против подкисляющих агентов играют соли органических слабых кислот (гуминовые и фульвокислоты, щавелевая и др.) и таких металлов, как кальций, натрий, калий.
Наибольшей буферностью в отношении кислот обладают, таким образом, гумусированные, маловыщелоченные, богатые углекислыми солями почвы степных, полупустынных и пустынных областей. Однако буферность этих почв против щелочей низка, поскольку они, отличаясь слабощелочной реакцией, легко повышают щелочность даже при внесении небольшого количества щелочных солей или щелочей. Высокой буферностью против щелочных реагентов обладают тяжелые глинистые почвы, содержащие значительные количества обменных водорода и алюминия, а также кислые гумусовые соединения.
Буферная способность представляет собой один из элементов почвенного плодородия. Это важное свойство, позволяющее почвам устойчиво сохранять благоприятные условия для существования растений, несмотря на поступление в них химических соединений, обладающих резко различной реакцией. Однако при повышенной кислотности или щелочности почв буферность является отрицательном фактором, вызывающим «сопротивление» этих почв химической мелиорации (при известковании и гипсовании), вследствие чего приходится вносить повышенные дозы химических мелиорирующих веществ. Об относительных размерах буферности главнейших почвенных типов России можно судить по данным табл. 90.
Реакция почв, растения и почвенные типы

Буферность почв и почвенных растворов определяется путем титрования почв или суспензий: а) по отношению к кислотам — растворами кислот, б) по отношению к щелочам — растворами едких щелочей, в) по отношению к соде — растворами соды. Добавляя небольшие порции реактива, измеряют pH суспензии или почвенного раствора и получают кривую титрования, иллюстрирующую буферную способность почв (рис. 88).
У почв высокой буферности кривая изменения pH при титровании всегда отличается постепенностью изменений и выположенностью. У почв малой буферности кривая изменений pH при титровании почвенных растворов будет отличаться резкостью переходов.
Реакция почв, растения и почвенные типы

Буферность почв является частью более общего свойства почвы, которая, как самоуправляемая система, тесно связанная со средой, обладает определенной стабильностью и инертностью при внешних воздействиях. Вследствие этого переделка почв, их преобразование, мелиорация требуют значительных вложений и усилий, которые нередко должны быть повторены.