Почвы

При поступлении влаги на поверхность  почвы сначала идет насыщение  почвы водой до состояния полевой  влагоемкости, а затем через насыщенные водой слои возникает фильтрация по некапиллярным скважинам. По трещинам, ходам землероек и другим крупным  скважинам вода может проникать  в глубь почвы, опережая насыщение водой до величины полевой влагоемкости.

Чем выше некапиллярная скважность, тем  выше и водопроницаемость почвы.

В почвах кроме вертикальной фильтрации существует горизонтальное внутрипочвенное  передвижение влаги. Поступающая в  почву влага, встречая на своем пути слой с пониженной водопроницаемостью, передвигается внутри почвы над  этим слоем в соответствии с направлением его уклона.

18.Почвенный раствор, его состав, свойства и значение.

Почвенный раствор - Находящаяся в почве влага представляет собой сложный раствор, состав и концентрация которого зависят от многих факторов. 
Эта влага получила название почвенного раствора. Он служит основным источником обеспечения растений не только водой, но и элементами минерального питания. 
Минеральные соединения в почвенном растворе представлены преимущественно катионами Н⁺, К⁺, Na⁺, NH₄⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺, Fe²⁺ и Al³⁺ и анионами НСO₃, СО₃, NO₃, Н₂РО₄. К органическим веществам почвенного раствора относятся гумусовые кислоты и их соли, органические кислоты, аминокислоты, сахара и спирты. 
Состав веществ в почвенном растворе обусловливает его осмотическое давление, которое быстро возрастает с повышением концентрации растворенных соединений.

Осмотическое давление почвенного раствора у различных почв неодинаково и колеблется от 1 - 3 до 10 - 20 атм. Нормальное потребление растениями влаги и питательных веществ происходит только при условии, когда осмотическое давление почвенного раствора ниже осмотического давления клеточного сока корневой системы возделываемых культур. У большинства культурных растений осмотическое давление клеточного сока находится в пределах 1 - 3 атм, а у некоторых достигает 5 - 8 атм. Если осмотическое давление почвенного раствора выше, чем в клеточном соке, то поступление воды и элементов питания в растение прекращается. 
 
В зависимости от концентрации почвенного раствора почвы подразделяют на незаселенные и засоленные. Если концентрация почвенного раствора не превышает нескольких граммов на 1 л при содержании легкорастворимых солей менее 0,25 %, такие почвы относят к незасоленным. 
 
В засоленных почвах концентрация почвенного раствора может достигать нескольких десятков граммов на 1 л и более. Из минеральных соединений в таких почвах преобладают хлориды и сульфаты Na, Са, Mg, а также соли Na₂CO₃ и NaHCO₃. Возделывание на этих почвах сельскохозяйственных культур невозможно без предварительного проведения специальных мелиоративных мероприятий. 
 
Важное свойство почвенного раствора - его реакция. Она зависит от содержания в растворе свободных ионов водорода (Н⁺) и гидроксила (ОН^-). В свою очередь концентрация этих ионов зависит от содержания в растворе органических и минеральных кислот, оснований, кислых и основных солей, а также от степени диссоциации этих соединений. 
Реакцию почвенного раствора принято характеризовать величиной рН, представляющей отрицательный логарифм концентрации водородных ионов. Если рН = 7, то реакция почвенного раствора нейтральная. Величина рН7 означает кислотность раствора, а рН >7 - щелочность. 
Реакция почвенного раствора, характеризующая активную кислотность или щелочность, является важным свойством почвы, влияющим на развитие растений и микроорганизмов. 
Так, если люпин развивается при рН 4 - 5, то кукуруза и пшеница при рН 6 - 7, а люцерна - при рН 7 - 8. В почвах с кислой реакцией стимулируется деятельность грибов, а с нейтральной и слабощелочной - бактерий. 
Реакция раствора в различных почвах изменяется от сильнокислой (верховые болота, подзолистые почвы) до сильнощелочной (содовые солонцы). Многие почвы (черноземы, каштановые и др.) характеризуются реакцией, близкой к нейтральной. 
Нормальное развитие растений и микроорганизмов зависит от устойчивости реакции почвенного раствора, отсутствия резких колебаний в сторону кислотности или щелочности. 
Способность почвы или ее раствора противостоять изменению реакции называется буферностью. В разных почвах она неодинакова. Буферность раствора по сравнению с буферностью почвы обычно невелика, что указывает на большую роль твердой фазы. 
Буферность почвенного раствора обусловлена наличием в нем буферных систем, представляющих собой смесь слабых кислот и их солей. Большое значение во многих почвах имеет система Н₂CO₃ + Са(НСО₃)₂. Буферные свойства этой и подобных систем проявляются в том, что слабые кислоты обладают очень низкой степенью диссоциации молекул, тогда как их соли сильно диссоциированы. Если в такую буферную систему поступает сильная кислота, например НС1, то введенные в раствор в большом количестве свободные водородные ионы, взаимодействуя с анионом НСО₃-, связываются в слабодиссоциированную угольную кислоту, и подкисления не происходит или оно незначительно.

Буферное  действие оказывают и фосфаты  почвенного раствора, если они находятся  в нескольких степенях замещения (монофосфат и дифосфат). В сильнокислых почвах буферность проявляют органические кислоты и их кальциевые или аммонийные соли. 
Буферность твердой фазы почвы определяется ее коллоидной частью и составом обменных оснований. При появлении в почвенном растворе кислот или щелочей они нейтрализуются в результате обменных реакций с почвенными коллоидами по схеме: количества и качества коллоидов. Чем больше емкость поглощения", тем сильнее буферность почвы. Поскольку емкость поглощения зависит от механического состава и гумусности, то наибольшей буферностью обладают почвы тяжелые, высокогумусные, а наименьшей - песчаные и малогумусные. Почвы, не насыщенные основаниями (подзолистые, красноземы), будут буферить в сторону щелочности, но сравнительно легко подкисляться. Почвы, насыщенные основаниями, буферят в сторону кислотности, но легче подщелачиваются. Это очень важно учитывать при разработке систем удобрения, применяя для кислых почв физиологически щелочные удобрения, а для нейтральных и щелочных почв - физиологически кислые.

19.Газовая фаза почвы. Её состав  и значение.

Газовая фаза почвы — это воздух, заполняющий  в почве поры, свободные от воды. Состав почвенного воздуха существенно  отличается от атмосферного и очень динамичен во времени. В сухой почве воздуха больше, поскольку вода и воздух в почве являются антагонистами, взаимно замещая друг друга.

Почвенный воздух.

Почвенный воздух состоит из смеси  различных газов:

1. кислород, который поступает в почву из атмосферного воздуха; содержание его может меняться в зависимости от свойств самой почвы (её рыхлости, например), от количества организмов, использующих кислород для дыхания и процессов метаболизма;
2. углекислота, которая образуется в результате дыхания организмов почвы, то есть в результате окисления органических веществ;
3. метан и его гомологи (пропан, бутан), которые образуются в результате разложения более длинных углеводородных цепей;
4. водород;
5. сероводород;
6. азот; более вероятно образование азота в виде более сложных соединений (например, мочевины)

И это далеко не все газообразные вещества, которые составляют почвенный  воздух. Его химический и количественный состав зависят от содержащихся в  почве организмов, содержания в ней  питательных веществ, условий выветривания почвы и др.

20.Понятие, строение, заряд  почвенных коллоидов.

Накопление в почве элементов  питания растений связано с поглотительной способностью почв. Академик К. К. Гедройц предложил под поглотительной способностью почвы понимать способность ее поглощать жидкости, газы, солевые растворы и удерживать твердые частички, а также живые микроорганизмы. Поглотительные процессы в почве обусловлены преимущественно тонкодисперсной частью почвы и особенно коллоидами. Содержание коллоидов в почве редко превышает 30 % почвенной массы, но влияние их на свойства почвы и уровень плодородия исключительно велико.

Почва состоит из частиц различного размера. Почвенными коллоидами называют частицы диаметром от 0,2 до 0,001 мкм. Они образуются при диспергировании (раздроблении) крупных частиц или  при конденсации вследствие физического  или химического соединения молекул.

По происхождению почвенные  коллоиды бывают минеральные, органические и органо-минеральные.

Минеральные коллоиды образуются при выветривании горных пород. Это глинистые минералы, коллоидные формы кремнезема и полуторные оксиды.

К органическим коллоидам относятся  гумусовые вещества почвы, сформированные в процессе гумификации растительных и животных остатков.

Органо-минеральные коллоиды образуются при взаимодействии минеральных и органических коллоидов.

В различных почвах содержание коллоидов  составляет от 1...2 до 30...40 % массы почвы. Наибольшее количество коллоидов отмечено в глинистых и суглинистых  почвах с высоким содержанием гумуса, наименьшее — в песчаных и супесчаных почвах, бедных гумусом.

Строение коллоидной частицы (мицеллы). На рисунке показано строение коллоидной мицеллы. Ядро мицеллы — это внутренняя ее часть, состоящая из недиссоциированных молекул. Оно может быть аморфным или кристаллическим. На поверхности  ядра находится двойной электрический  слой ионов, соприкасающийся с дисперсной средой (почвенным раствором): внутренний — потенциал определяющий слой неподвижных  ионов, прочно связанных с ядром, и внешний — компенсирующий слой ионов, имеющий противоположный  заряд. Заряд коллоидной мицеллы определяют ионы, непосредственно связанные с поверхностью ядра. Этот заряд возникает в результате диссоциации молекул на поверхности ядра. Например, молекулы гидроксида алюминия Аl(ОН)з, составляющие ядро мицеллы, в кислой среде диссоциируют на ионы Al(OH)₂⁺ и ОН^-, а в щелочной — на АlO(OН)₂^- и Н⁺. Сложные ионы удерживаются на поверхности ядра и определяют знак заряда коллоидной мицеллы. Поэтому коллоидная частица гидроксида алюминия в кислой среде имеет положительный заряд, а в щелочной — отрицательный.

Коллоиды, имеющие кристаллическое  строение, приобретают заряд иным путем. Известно, что ионы кристаллических  частиц, находящиеся на поверхности, не насыщены связями и поэтому  могут притягивать ионы из растворов. При этом притягиваются ионы противоположного заряда, вследствие чего образуется диффузный  слой коллоидной мицеллы.

Ядро мицеллы и потенциалопределяющий  слой ионов образуют гранулу. За потенциалопределяющим  слоем гранулы расположены компенсирующие ионы. Прочносвязанные ионы этого  слоя образуют неподвижный слой компенсирующих ионов. Затем следует внешний, или  диффузный, слой ионов, способных обмениваться на ионы почвенного раствора. Таким  образом, коллоидная мицелла состоит  из ядра и двух противоположно заряженных слоев ионов.

Почвенные коллоиды по знаку заряда потенциал определяющего слоя подразделяются на отрицательные (ацидоиды) и положительные (базоиды). К отрицательным коллоидам относятся кремниевая кислота, глинистые минералы и гумусовые кислоты, к положительным — гидроксиды железа и алюминия.

Потенциал почвенных коллоидов  зависит от их природы и реакции среды. Поскольку почвенные частицы имеют заряд, они способны притягивать дипольные молекулы воды из окружающего раствора, образуя гидратные пленки. Толщина этой пленки зависит от величины заряда. В связи с этим различают гидрофильные коллоиды (кремниевая кислота, гумусовые кислоты), удерживающие многослойные пленки воды, и гидрофобные, то есть слабогидратированные коллоиды (гидроксид железа, каолинит). Гидрофильные коллоиды имеют сродство с водой и способны сильно набухать, что предотвращает их слипание. Гидрофобные коллоиды набухают слабо, поэтому у них выражена способность свертываться и выпадать в осадок.

Коагуляция и пептизация коллоидов. Коллоиды могут находиться в двух состояниях: золя (коллоидного раствора) и геля (коллоидного осадка).

Коагуляцией называется процесс перехода коллоидов из состояния золя в  состояние геля. Слипание коллоидов  в агрегаты происходит под влиянием электролитов. Коагуляция ацидоидов вызвана катионами электролита, базоидов — анионами. Свертывание (слипание) коллоидов может происходить при взаимодействии противоположно заряженных коллоидных систем. При высушивании или замораживании почвы наблюдаются дегидратация (обезвоживание) гидрофильных коллоидов и повышение концентрации электролита почвенного раствора, что также вызывает коагуляцию коллоидов.

При коагуляции коллоидов происходит склеивание элементарных почвенных  частиц в комочки, в результате чего улучшаются физические свойства почвы. Коагуляцию вызывают двухвалентные катионы, особенно Са²⁺. Кальций называют «стражем почвенного плодородия», так как он способствует образованию структуры и уменьшает кислотность почв.

Пептизация — это обратный процесс  коагуляции, при котором коллоиды переходят из геля в золь. Пептизация происходит при воздействии растворов  щелочных солей. Например, под влиянием одновалентного катиона натрия наблюдается  усиленная гидратация коллоидов  и переход их в состояние золя. При пептизации почвенных коллоидов  разрушается ценная структура и ухудшаются свойства почвы. Так, столбчатый горизонт солонцовых почв, насыщенный гидратированными катионами натрия, во влажном состоянии набухает, а при высыхании растрескивается на крупные отдельности.

Роль коллоидов в почве исключительно  велика: от содержания коллоидной фракции  зависят связность, водопроницаемость, буферность и другие свойства почвы. 

21.Поглотительная способность  почвы, её виды и значение.

Поглотительная способность —  способность почвы поглощать  твердые, жидкие и газообразные вещества.

В зависимости от способа поглощения различают пять видов поглотительной способности: 1) биологическую, 2) механическую, 3) химическую, 4) обменную, 5) физическую.

Биологическое поглощение в почве  — это поглощение растениями и  почвенной микрофлорой элементов  питания из почвенного раствора. Для  этого вида поглощения характерна избирательная  поглотительная способность, присущая растениям, а не почве. Биологическое  поглощение существенно влияет и  на другие виды поглощения. Механическая поглотительная способность почвы  — способность ее механически  задерживать в своих порах  частицы другого вещества. Она  связана с пористостью почвы. Так происходит поглощение твердых  частиц органических веществ и удобрений, коллоидов и др.                                                                                                                    Особенно велико значение механической поглотительной способности почв в  областях с обилием осадков и  на почвах искусственно орошаемых. Этот вид поглощения широко используется в практике при очистке воды на водоочистительных станциях, очистке  сточных вод.

Химическая поглотительная способность  почвы. В это понятие входит способность  почвы образовывать труднорастворимые  вещества. Их образование связано  с химической реакцией обмена солей  в растворе или с твердой фазой  почвы. Труднорастворимые и нерастворимые  соединения выпадают в осадок и закрепляются почвой. Процессы химического поглощения особенно широко развиты по отношению  к растворимым фосфатам.

В почвах, насыщенных основаниями, содержащих бикарбонаты и карбонаты кальция (в черноземах обыкновенных и южных), растворимый монокальцийфосфат превращается в малорастворимый трехзамещенный фосфат. В почвах кислых, не насыщенных основаниями, фосфорная кислота растворимых фосфатов осаждается в виде фосфатов железа и алюминия.Обменная поглотительная способность, почвы — свойство почвы удерживать на поверхности своих частиц ионы, способные к эквивалентному обмену. Обменная поглотительная способность основывается на реакции обмена между катионами диффузного слоя почвенных коллоидов и катионами почвенного раствора, соприкасающегося с ними. Подобный обмен может происходить и между анионами. Обменная поглотительная способность — важнейший вид поглотительной способности, с ней связано превращение вносимых удобрений в почве. Химическая мелиорация (известкование, гипсование) также основана на обменной поглотительной способности почв.