Почвенная кислотность и щелочность

 

Реакция почв обусловлена наличием и соотношением в почвенном растворе ионов Н⁺ и ОН^- и характеризуется символом рН = - lg [H⁺].

рН = 7 – нейтральная

рН < 7 – кислая

рН > 7 – щелочная

 

Реакция почвы зависит от совокупного действия множества факторов:

- минералогического состава,

- наличием свободных солей,

 - содержания и свойства органического вещества,

- состава почвенного воздуха,

- влажности почв,

- жизнедеятельности микроорганизмов.

Но важнейшим регулятором реакции почв являются соли (щелочные, кислые, нейтральные), которые растворяясь оказывают соответствующее влияние на реакцию почв.

Н₂СО₃ – наиболее распространенная минеральная кислота в почвах. Она держит рН 3, 9 – 4, 5 – 5, 7 в зависимости от погоды и жизнедеятельности микроорганизмов.

Сульфиды FeS, окисляясь дают в почву H₂SO₄ (при осушении переувлажненных почв рН 7-8 падает до 2-3).

Фульвокислоты и гуминовые кислоты несут кислую реакцию за счет Н функциональных групп рН 3, 0 – 3, 5.

Свободные органические кислоты (уксусная, щавелевая, лимонная и другие), образующиеся при разложении растительного опада, при выделении корней растений и микроорганизмов тоже существенно влияют на понижение рН.

Кислотность почв может обусловливаться (кроме перечисленных факторов) еще и наличием в почвах ионов Аl⁺³, Fe⁺³, причем их кислотные свойства соизмеримы со свойствами таких кислот как угольная и уксусная.

Растения в процессе жизнедеятельности потребляя из почв анионы и катионы питательных элементов выделяют в свою очередь эквивалентное количество ионов ОН^-, Н⁺, НСО₃^-, СО₃^-2, вызывая при этом сдвиг реакции в кислую или щелочную сторону.

Микроорганизмы в процессе своей жизнедеятельности так же способны существенно сдвигать рН. Например нитрификаторы, происходит кратковременный выброс азотной и азотистой кислоты, рН сдвигается на 0, 5 – 2 единицы в кислую сторону.

Все перечисленные факторы формируют среду почвенных растворов. Например по данным Скрынниковой в кислых растворах дерново-подзолистых почв содержатся следующие вещества: свободные нелетучие органические кислоты, соли сильных оснований и слабых органических кислот, свободный СО2 и соли угольной кислоты, аммонийные соли слабых органических кислот. Все эти компоненты обусловливают рН почвенного раствора 4, 6 – 6, 8.

 

Почвенная кислотность

 

Различают актуальную (активную) и потенциальную кислотность почв. Актуальная кислотность наиболее проста для понимания – это кислотность почвенного раствора, обусловленная растворенными в ней компонентами. Вклад различных компонентов в формирование почвенной актуальной кислотности неодинаков и зависит от степени выраженности кислотных свойств этих компонентов и от концентрации их в почвенном растворе.

Наиболее важным компонентом является угольная кислота Н₂СО₃ с константой ионизации к = 5 · 10^-4, рК = 3, 30. Это больше чем у уксусной кислоты. Значение угольной кислоты в актуальной кислотности еще увеличивается за счет присутствия в почвенном воздухе больших количеств СО₂. Его больше чем в атмосфере. Повышенное содержание СО₂ повышает степень кислотности равновесного раствора. Например при содержании СО₂ 5 – 10% величина рН снижается до 4. Присутствие углекислого газа в почвенном воздухе увеличивает значения кислотности почвенного раствора даже в том случае, когда в почвенной массе присутствует карбонат кальция. Происходит это следующим образом:

СаСО₃ + Н2О ↔ Са⁺² + НСО₃^- + ОН^- рН суспензии равно 9, 6, а содержание

СО₂ = 10% в почвенном воздухе величина рН равновесного раствора понижается до 6, 7.

Актуальную кислотность измеряют при взаимодействии почвы с дистиллированной водой в соотношении 1: 2, 5, в торфах 1: 25, в суспензиях или вытяжках.

Потенциальная кислотность

Способность почвы при взаимодействии с растворами солей проявлять себя как слабая кислота и определяется свойствами твердой фазы, обусловливающей появление протонов в растворе.

В зависимости от характера взаимодействующего с почвой раствора различают две формы потенциальной кислотности, обменную и гидролитическую.

Обменная кислотность обнаруживается при взаимодействии почвы с растворами нейтральных солей КСl (рН=6). При этом происходит эквивалентный обмен: [ППК] Н⁺, Аl⁺³ + 4КСl ↔ [ППК] 4К+ + НСl + AlCl₃.

Природа обменной кислотности зависит от состава и свойств почвенных коллоидов.

Органические коллоиды – кислотность обусловливается в основном Н⁺, который внедряясь в диффузный слой коллоидов, вытесняет оттуда обменные основания:

[ППК] Са⁺² + R(СООН)₂ ↔ [ ППК] 2Н⁺ + Са [RСОО^-] ₂

Минеральные коллоиды – кислотность обусловливается наличием в ППК обменного Н⁺, Аl⁺³, Fe⁺³. Источником их служат ионы кристаллической решетки глинистых минералов, гидроокислы.

AlCl₃ ↔ Al(OH)₃ + 3HCl, т.е. ион алюминия обусловливает дополнительную кислотность, т.е. дополнительное количество протонов Н, то же происходит с ионами железа. Образующаяся в растворе кислота оттитровывается щелочью или определяется потенциометром.

Гидролитическая кислотность обнаруживается при взаимодействии почв с растворами гидролитически щелочных солей.

[ППК] Н⁺, Аl⁺³ + 4СН₃СООNa ↔ [ППК] 4Na + CH₃COOH + Al(OH)₃

Гидролитически щелочная соль вытесняет из ППК практически весь водород и алюминий. Вытеснение происходит не только из диффузного слоя противоионов, но из слоя прочно связанных противоионов. Поэтому гидролитическая кислотность больше чем обменная. Происходит это благодаря увеличению рН действующего раствора, что увеличивает ЕКО и способствует более полному замещению водорода функциональных групп. В почвах, в которых преобладают положительно заряженные коллоиды (красноземы) гидролитическая кислотность меньше чем обменная, происходит это потому, что ППК поглощает ионы СН₃СОО^- (уксусной кислоты), а вытесняет в эквивалентных количествах ионы ОН^-, уменьшая кислотность.

Природа возникновения потенциальной кислотности долгое время была дискуссионна. Одна группа авторов (Вейтч, Дайкухара и другие) считали, что ион алюминия вытесняется в почвенный раствор непосредственно из ППК, при этом идет подкисление почвенного раствора. Другая группа авторов считала, что в кислых почвах идет разрушение кристаллических решеток минералов и растворение гидроокислов алюминия, Аl при этом переходя в почвенный раствор еще более усугубляет (увеличивает) кислотность.

Каппен допускал наличие в почвах обоих механизмов появления почвенной кислотности, но в различных почвах она может проявляться по – разному.

В настоящее время экспериментально доказано, что минеральные горизонты кислых почв несут обменный алюминий, а гумусовые горизонты наряду с алюминием и водород, причем второй здесь преобладает. При этом надо отметить, что почва сама способна регулировать наличие тех или иных ионов в системе ППК – почвенный раствор. Почва насыщенная протонами водорода, может самопроизвольно переходить в почву насыщенную алюминием. Происходит это предположительно так: на сколах кристаллов алюмосиликатов образуются избыточные отрицательные заряды, которые удерживают обменные катионы. При действии на такие частицы кислых растворов, ион водорода раствора вытесняет ион алюминия минералов. Поскольку ионный радиус иона водорода мал, он диффундирует вглубь кристаллической решетки, соединяясь с ОН^-, образуя Н₂О, или с О^-2 – образуя группу ОН^-. В результате Аl⁺³ в центре октаэдра приобретает вид Аl (OH)₂⁺ или Al(OH)⁺², который связан с кристаллической решеткой только уже ионной связью. В последствии катионы почвенного раствора могут вытеснять его из кристаллической решетки. Таким образом идет разрушение кристаллической решетки минералов, алюминий переходит в раствор. Такой механизм характерен при подзолообразовании, т.е. происходит кислотный гидролиз алюмосиликатов.

В природе распространение кислых почв связано с условиями почвообразования: 1. Характер почвообразующей породы (подзолистые почвы формируются на бескарбонатных выщелоченных породах). 2. промывной характер почв – приводит к выносу солей (выщелачиванию оснований). 3. растительность (хвойные леса и сфагнум способствуют усилению кислотности) – при гумификации образуются кислые продукты распада. 4. деятельность человека. Элементы питания, с ними и основания отчуждаются с урожаем. Снижает рН и внесение физиологически кислых удобрений.

 

 

Щелочность почв

 

Щелочная реакция почв обусловливается: 1. карбонатами и гидрокарбонатами щелочных и щелочноземельных элементов, силикатами, алюмосиликатами, гуматами натрия. 2. Анионами слабых кислот, которые переходят из твердой фазы в растворы и могут проявлять основные свойства. Роль оснований анионов тем больше, чем большей константой они характеризуются. СО₃^-2 ион более сильное основание, чем НСО3^- ион. Кв. НСО₃- = 2, 24 · 10^-8, Кв. СО₃^-2 = 2, 14 · 10^-4.

В создании щелочной реакции почвенных растворов принимают участие и другие анионы:

S^-2 + H₂O ↔ HS^-+ OH^-

PO₄^-3 + H₂O ↔ HPO₄^-2 + OH^-

H₃SiO₄^- + H₂O ↔ H₄SiO₄ + OH^-

H₂BO₃^- + H₂O ↔ H₃BO₃ + OH^-

Обусловливают щелочную реакцию почв гидролитически щелочные соли ( соли слабых кислот и сильных оснований), карбонаты натрия и калия, гидрокарбонаты натрия и калия, гуматы и фульваты щелочей.

Различают актуальную и потенциальную щелочность.

Актуальная – обусловлена наличием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей, при диссоциации которых, образуется в достаточном количестве ион ОН^-. При характеристике актуальной щелочности почвенных растворов различают: общую щелочность и щелочность нормальных карбонатов и гидрокарбонатов.

Щелочность почв определяется титрованием водной вытяжки или раствора кислотой в присутствии различных индикаторов.

Общая – при титровании с индикатором метиловым оранжевым. Щелочность от карбонатов и гидрокарбонатов – по фенолталеину. Выражается в мг-экв/100 г почвы.

Потенциальная щелочность проявляется у почв, содержащих обменный натрий.

[ППК]2Na⁺ + H₂CO₃ ↔ [ППК]2H⁺ + Na₂CO₃ – появляется сода, которая подщелачивает раствор.

Сильно щелочная реакция почв так же как и кислотность неблагоприятна для растений.

Устраняют щелочность гипсованием:

[ППК]2Na⁺ + CaSO₄ ↔ [ППК]Ca⁺² + Na₂SO₄ – происходит замещение обменного натрия на обменный кальций.

Буферность почв

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: