Потенциалы элементов питания, потенциальная буферная способность почв

Активность иона в почвенном растворе может служить показателем обеспеченности растений элементами питания, но только в данный момент времени. Поглощение растениями катионов и анионов снижает их концентрацию и активность в растворе, поэтому условия питания постепенно ухудшаются. Активность может снова увеличиться, если в почвенный раствор поступят новые порции катионов и анионов из твердой фазы, в результате растворения солей, разложения алюмосиликатов или органического вещества. Для каждого элемента в почвах существует свой (характерный) механизм поступления в раствор из твердой фазы. Например, в элювиальных почвах, источником К⁺ и Са⁺² служит ППК и переход катионов в раствор осуществляется путем реакции ионного обмена. А в гипсоносных, карбонатных почвах источником Са⁺² является растворение гипса и карбонатов кальция.

Обычно обеспеченность растений элементами питания оценивается двумя показателями: потенциалом химического элемента (это энергетическая характеристика) и потенциальной буферной способностью почв по отношению к элементам питания растений.

Различают калийный, фосфатный и другие потенциалы, а так же буферную способность почв по отношению к ионам К⁺, фосфат ионам и т.д.

Потенциалы элементов и буферную способность определяют только для равновесных систем, т.е. твердая фаза – почвенный раствор.

Разберем это на примере К- как элемента питания. Если в равновесной системе твердая фаза – раствор в одном направлении переносятся ионы Са⁺², а в противоположном ионы К⁺, т.е. таким образом происходит ионный обмен, это можно записать: Δ G_Ca, _K = -2, 303RT(pK – 0, 5pCa) = -1364(pK – 0, 5pCa)

 

Δ G_Ca, _K – это парциальная молярная энергия Гиббса ионов Са⁺² и К⁺. Эта величина получила название калийного потенциала по Вудруффу. Величину калийного потенциала можно записать по другому:

                       α K⁺

Δ G_Ca, _K = 2, 303lg -------

                         √ α Ca⁺²

Химический потенциал К в почвах оценивается как отношение химического потенциала К⁺ в почве к химическому потенциалу Са⁺² или ∑ Са⁺² и Мg⁺². Следовательно, химический потенциал калия зависит от состояния кальция и магния в почва, а поскольку состояние их во многих почвах сравнительно постоянно, то эта величина Δ G_Ca, _K  очень удобна в качестве меры калийного потенциала. Величина калийного потенциала выражается в калориях и характеризует обеспеченность почв калием. По Вудруффу – оптимальные условия для питания растений калием существуют, если величина потенциала равна – 2500 – 3000 кал. Если значения – 3500 – 4000 кал. – калия недостаточно для нормального питания растений, а при потенциалах > 2000 кал. Калий находится в избытке.

Величину калийного потенциала определяют путем прямого измерения рСа⁺² и рК⁺ в водных вытяжках с помощью ионселективных электродов.

Способность почв поддерживать активность ионов в почвенном растворе на сравнительно постоянном уровне – называется буферностью почв по отношению к элементам питания растений. Чем меньше меняется активность иона при изменении внешних условий, тем выше буферность почвы, тем более стабильны условия питания растений.

Потенциальную буферную способность определяют в лабораториях. К серии навесок почвы приливают равные объемы 0, 002 М раствора СаСl₂, содержащего различные количества К, в виде КСl (0, 2; 0, 4; 0, 6 мг-экв К на литр раствора и т.д.), а одну навеску – эталон обрабатывают чистым СаСl₂, без добавления КСl. После достижения равновесия (равновесие определяется по содержанию К в вытяжке), когда в растворе уже не изменяется концентрация вводимого в него К – определяют активности ионов К⁺ и Са⁺². Строится график, откладывается по оси ординат концентрация К в растворах. Концентрацию К определяют пламеннофотометрическим методом. На оси абсцисс откладывается отношение активностей К⁺ и Са⁺², которые определяются с помощью ионселективных электродов. В качестве отношения активностей берут величину ак⁺: √ аса⁺². Отношение активностей обозначают символом АR.

При малых значениях АR калий переходит из твердой фазы почвы в раствор, т.е. его мало в растворе и он вытесняется из ППК ионами Са⁺² раствора СаCl₂. Поэтому начальный участок кривой лежит ниже 0 и изменения содержания калия записывается со знаком – (-∆ К). При увеличении активности ионов К в растворе, а это бывает при увеличении содержания К в растворе, т.е. значения АR более высокие, калий из раствора переходит в ППК, тогда значения ∆ К уже с + (+∆ К). Значения АR₀ – это когда величина ∆ К=0, т.е. содержание обменного калия в почве не изменилось (не поглотилось ППК и не вышло из него в раствор). Показатель ∆ АR₀ – это один из важнейших показателей химического состояния почв. Это момент когда наступает ионное равновесие между почвенным раствором и ППК, т.е. нет ионного обмена, он на время прекращается.

Угол, под которым проходит кривая буферности а, характеризует буферность по почв по отношению к К⁺. Чем больше угол, чем круче расположена кривая, тем легче почва отдает и принимает ионы калия, тем выше буферность системы почвенный коллоид – раствор.

На кривой буферности можно выделить два участка. Первый – на линейном отрезке АВ и, второй – от точки В до пересечения с осью ординат (криволинейный участок). Строго линейная зависимость на участке АВ сохраняется не во всех почвах. Эту линейную часть кривой Беккет объясняет наличием неспецифической адсорбции ионов К на плоских поверхностях минералов (где всегда есть заряды). Криволинейную часть графика он объясняет специфическим поглощением на сколах кристаллов и в межплоскостных (межпакетных) промежутках. Поэтому прямолинейный участок графика до пересечения с осью ординат (АВ), характеризует количество наиболее доступного, легко обменивающегося К (он доступен растениям в первую очередь). Экстраполяция отрезка ВВ1 до пересечения с осью ординат позволяет определить количество менее доступного для растений калия ∆ К_L.

Величину буферности для любого отрезка кривой можно рассчитать:

            ∆ К₁ - ∆ К₂

ПБС^К = ----------------

           AR₁ – AR₂

 

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: