Поглинальна здатність ґрунтів
Поглинальна здатність ґрунтів
Зміст
Поглинальна здатність - це явище поглинання і утримання грунтом речовин, розчинених в грунтовому розчині, а також у вигляді колоїдних частинок, газів і парів. Поглинальна здатність грунту залежить від її гранулометричного складу, структурних властивостей, що містяться в ній хімічних сполук і живих організмів. Найбільш грунтовно проблеми поглинальної здатності грунтів вивчені К. К. Гейдройцем.
Поглинання ґрунтом речовин, які стикаються з нею, відбувається в результаті цілого ряду процесів: фізичних, хімічних, фізико-хімічних і біологічних. Залежно від того, що відбувається процесу розрізняють механічну, фізичну, хімічну, фізико-хімічну і біологічну поглинювальні здатності.
Механічна поглинальна здатність - властивість грунту задер-проживати скаламучені частинки, що містяться в фільтрується через неї воді, розмір яких більший грунтових пор. Ці частинки можуть надходити в грунт ззовні або утворюватися в грунті при її зволоженні водою. Ця здатність грунту залежить від її механічного складу і структурних властивостей. Чим важче за гранулометричним складом грунт і дрібніше пронизують її пори, тим кращою затримує здатність має ця грунт. І глинисті грунти мають більшу сорбційної здатністю, ніж піщані або кам`янисті грунти. У міру збільшення вмісту гумусу механічна поглинальна здатність ґрунтів збільшується.
Фізична (молекулярна адсорбція) - це збільшення чи зменшення-ня концентрацій молекул розчиненої речовини в прикордонному шарі розчину, який оточує грунтові колоїди. Вона пов`язана з властивістю грунту поглинати з ґрунтового розчину молекули електролітів, газів внаслідок того, що на кордоні дотику ґрунтових частинок і ґрунтового розчину з`являється вільна поверхнева енергія, величина якої тим більше, чим вище ступінь роздробленості твердої речовини і більше питома поверхня частинок. Вона викликає притягання або відштовхування поверхнею частинок цілих молекул.
Поглинання, при якому молекули речовини притягуються з розчину твердими грунтовими частинками і концентруються у самій їх поверхні, називається позитивною адсорбцией. При цьому на кордоні розділу дисперсионной частки і середовища з`являється підвищена концентрація молекул. Вона характерна для органічних кислот, спиртів, алкалоїдів. У грунті має місце також негативна адсорбція, коли розчинені у воді речовини поглинаються грунтом слабко або поглинаються взагалі, у поверхні частинок з`являється більш низька концентрація в порівнянні з рештою розчином. До таких речовин відносяться хлориди і нітрати. Внаслідок низького поглинання вони легко мігрують по грунтовому профілю і виносяться з грунту з водою.
При цьому кожен катіон диссоциированной молекули несе позитивний заряд, кожен аніон - негативний. Молекули NaCl розпадаються на Na + і Cl -, НCl на Н + і Cl -. При взаємодії твердої фази грунту з грунтовим розчином грунтові колоїди, заряджені в більшості випадків негативно, поглинають позитивно заряджені іони - катіони. Заклопотані катіони утримуються на поверхні ґрунтових частинок досить міцно і можуть бути витіснені назад в розчин тільки іншими катіонами. Внаслідок цього процес поглинання іонів з розчину є процесом обміну катіонів на поверхні колоїдів. Будь поглинений грунтом катіон при відповідних умовах може знову перейти в розчин:
ППКСа + 2KCl harr- ППКК + СаCl2
Відео: Кураченко Н.Л. Поглинальна здатність ґрунтів
Вивчаючи обмінну поглинальну здатність ґрунтів, К. К. Гедройц встановив наступні основні закони: 1) катіонний обмін між грунтом і розчином відбувається в еквівалентних відносинах- 2) обмін катіонів відбувається дуже швидко, майже мгновенно- 3) реакція обміну оборотна.
Хімічна поглинальна здатність - це здатність грунту закріплювати надходять у розчин іони в формі важкорозчинних або нерозчинних сполук, які випадають в осад. Закріплення іонів в результаті хімічного поглинання відбувається в тому випадку, коли в ґрунтовому розчині міститься розчинена сіль. Вона здатна вступати в хімічні реакції з іонами і утворювати нерозчинні або мало розчинні сполуки, які будуть утримуватися в грунті від вимивання.
Наприклад, хімічна реакція між які перебувають в грунтовому рас-творе легкорозчинні солями Na3PO4 і CaCl2 дає нерозчинні сполуки, міцно утримувані грунтом.2Na3PO4 + 3CaCl2 = Сa3 (PO4) 2darr- + 6NaCl
Відео: Кураченко Н.Л. Органічне речовина грунту
Прикладом цього може служити також рівняння:
2До3PO4 + 3Ca (NO3) 2 = Зa3 (PO4) 2darr- + 6KNO3
Біологічна поглинальна здатність - поглинання і закріплення в тілах живих організмів різних речовин з грунтового розчину. Мінеральні солі, що знаходяться в грунті або надійшли туди з поза у вигляді добрив, використовуються мікроорганізмами і рослинами, що оберігає їх від вимивання. Після відмирання організмів ці сполуки як би поглинаються грунтом і можуть бути використані повторно. Крім цього, кореневі системи і мікроорганізми виділяють СО2 і інші органічні кислоти, які розчиняють нерозчинні в воді мінерали та хімічні сполуки. Особливістю цього поглинання є вибірковість засвоєння з розчинів найважливіших для організму речовин. При цьому необхідні для організму речовини можуть мати мінімальні концентрації в порівнянні з іншими сполуками. Тому в верхніх горизонтах грунтів разом з гумусом акумулюється цілий ряд хімічних елементів (азот, фосфор, кальцій і ін.), Які є обов`язковими складовими живої субстанції.
К. К. Гедройц багаторічними дослідженнями встановив, що явища по-глощенія в основному пов`язані з великою питомою поверхнею тонкодіс-палої колоїдальних частинок грунту. У міру зменшення діаметра частинок грунту зростає питома поверхня і, відповідно, зростає кількість поглинаються катіонів, яка досягає максимуму при діаметрі гранулометричних фракцій lt; 0,22 m.
Всю масу тонко роздроблених частинок, що складаються з органічних, органо-мінеральних і мінеральних сполук, що зумовлюють поглинь тільну здатність грунту, називають грунтово-поглинаючим комплексом (ППК). В основному ППК складається з частинок і компонентів грунту, що знаходяться в стані колоїдів. Під колоїдами в широкому сенсі слова розуміють будь-яка речовина в стані надзвичайно роздробленості (дисперсності) і представляють собою агрегат з сукупності багатьох молекул. До колоїдам прийнято відносити речовини, окремі частинки яких мають розміри менше 0,1 mu- (мікрона).
Колоїдний розчин слід відрізняти від суспензій і молекулярних розчинів. Колоїдні частинки, на відміну від суспензії, не помітні в мікроскоп і проходять через паперовий фільтр. Однак на відміну від молекулярних (істинних) розчинів, колоїдні розчини не проходять через рослинні перетинки і пори тварин.
Грунтові колоїди в природних умовах можуть утворюватися різними шляхами: а) шляхом дроблення, руйнування і вивітрювання гірських порід-б) в результаті конденсації окремих молекул, хімічних реакцій (утворення гидрозолей) - в) внаслідок накопичення перегнійних речовин біологічним шляхом. З хімічної точки зору грунтові колоїди можуть бути розділені на три групи: мінеральні, органічні, органо-мінеральні.
Мінеральні колоїди представлені головним чином колоїдального-розпорошеними алюмосиликатами, гідратами окису заліза і алюмінію, колоїдальних кремнієвої кислоти, а також сполуками закису заліза, оксидів марганцю та ін.
Мінеральна частина, що переважає в складі ґрунтових колоїдів, з-стоїть в основному з вторинних мінералів і аморфних речовин, представлених оксидами заліза, алюмінію, кремнію, а так само продуктами їх взаємодії. У грунтах можуть утворюватися проміжні форми колоїдів між кристалами і аморфними речовинами. Відносне співвідношення між кристалічними і аморфними речовинами колоїдних фракцій різниться в залежності від типів грунтів. Органічні колоїди утворюються в результаті гуміфікації тварин і рослинних залишків.
По відношенню до води колоїди можна розділити на дві групи: гідрофільні і гідрофобні. Такі колоїди, як кремнієва і гумінових кислот, адсорбують на своїй поверхні молекули рідкої фази ґрунтового розчину і оточують себе водною оболонкою, відносяться до гідрофільних колоїдів. У грунті так само можуть зустрічатися колоїди, які не можуть адсорбувати молекули води, які носять назву гідрофобних.
Відео: Кураченко Н.Л. родючість ґрунтів
У рідкому середовищі при утворенні гидрозолей хімічним шляхом в залежності від характеру іонної оболонки міцели ряд колоїдів отримує певний електричний заряд - позитивний чи негативний. Колоїди, які отримують негативний заряд, утворюють кислотні золі - ацідоіди, позитивний заряд - базоіди. Позитивний або негативний заряд колоїдної частинки залежить від будови міцели.
Колоїдні молекули оточені двома шарами зарядів. Перший шар, який відповідає власне заряду молекули, примикає до її ядра і є замкнутим. У електронегативний колоїдів він має негативний заряд, у електропозитивних - позитивний. Другий шар протилежного знака відповідає поглинутим іонів. У міру віддалення від центру молекули він стає все більш дифузними.
До групи ацідоідов відноситься колоїдальний кремнезем, глинисті мінерали, перегнійним кислоти і взагалі основна частина ґрунтових колоїдів. Грунтові суспензії, як правило, заряджені негативно. Базоіди в грунті зустрічаються вкрай рідко. Позитивний заряд часто мають гідрати окису Fe і Al. До амфолітоідам відносяться оксиди Fe і Al, а також протеїнові речовини ґрунтового перегною. Як правило, ґрунтові колоїди мають негативний заряд.
У грунтах так само зустрічаються колоїди, які можуть змінювати свій зоря на позитивний або негативний залежно від реакції середовища. Колоїдальний розчин зазвичай називають гидрозолей. Колоїдальні розчини зі стану гидрозолей можуть переходити в гель і навпаки. У стані золю знаходяться колоїди, що мають заряд. Коли колоїд втрачає цей заряд або він знижується настільки, що сила тяжіння стає більше сили відштовхування, окремі колоїдні частинки починають ldquo-сцепліватьсяrdquo- один з одним у великі агрегати і ви-падають в осад. Цей процес носить назву коагуляції. Зворотний процес переходу гелю у зважений стан носить назву пептизація. Процес пептізаціі полягає в тому, що іони електроліту адсор-біруются на поверхні колоїдальних частинок, в результаті зростає електрокінетіческій потенціал, збільшується ступінь гідратації, навколо частинок утворюється гидратная оболонка, це призводить до розриву зв`язків і переходу пептізіруемого осаду в розчин.
Суть реакції катіонного обміну полягає в тому, що катіони зовнішнього розчину витісняють з грунту поглинені іони, а самі поглинаються грунтом в еквівалентних кількостях. Реакція катіонного обміну оборотна і може протікати за наступною схемою:
(ППК) К + NaNO3 = (ППК) Na + КNO3
Поглинання катіонів грунтом характеризується показником ємності обміну катіонів (ЕКО), які представляє себе як здатність ґрунтів утримувати ту чи іншу кількість катіонів в обмінній формі. ЕКО виражається в смола / кг або мг-екв на 100 г грунту, що один і той же. Величина ЕКО визначається цілою низкою чинників, у тому числі найбільше значення мають гранулометричний, хімічний і мінералогічний склад ґрунтових колоїдів, кислотно-лужна реакція грунту.
Одним з основних факторів, що впливають на величину поглинання катіонів, є кількість мулистій фракції (розмір часток з діаметром lt; 0,001 мм). У зв`язку з цим ємність поглинання катіонів у глинистих ґрунтів вище, ніж у піщаних. Вплив реакції середовища на ємність обміну катіонів проявляється в тому, що з підвищенням рН підвищується величина ємності поглинання. Для ацідоідов це пояснюється тим, що іони Н + зовнішнього шару при різній величині рН заміщуються по-різному. У амфолітоідов з підвищенням рН навколишнього розчину підвищується негативний заряд і відповідно підвищується поглинальна здатність.
У певних умовах міцність зв`язку поглинених катіонів з колоїдними частинками може бути настільки великий, що вони стають Необмінна. Необмінно фіксуватися можуть всі катіони, однак найбільш виражені ці зміни спостерігається у К + і NH4 +, для яких характерна відносно велика величина радіусу (К - 1,33, NH4 + - 1, 43 ). Позитивна роль фіксації полягає в тому, що катіони вимиваються і зберігаються в грунті. Негативне - полягає в недоступності елементів живлення для рослин.
