Материал: Pochvovedenie_Kovda_chast1

Т а б л и ц а 37. Дозы извести в зависимости от рН солевой суспензии и гранулометрического состава почвы (в т/га)

10.3. Щелочность почв

Щелочная реакция почвенных растворов и водных вытяжек может быть обусловлена различными по составу соединениями: карбонатами и гидрокарбонатами щелочных и щелочно-земель- ных элементов, силикатами, алюминатами, гуматами натрия. Ще­ лочная реакция, согласно теории кислот и оснований Бренстеда — Лоури, может быть обусловлена анионами слабых кислот, которые переходят из твердой фазы почв в почвенные растворы и водные вытяжки и могут проявлять основные свойства. Роль оснований-анионов будет тем выше, чем большей константой Кb они будут характеризоваться. Так, карбонат-ион — более сильное основание, чем гидрокарбонат-ион, так как константа равновесия процесса

Kb=[HCO–3][OH–]/[CO2–3]=1014/Ka2=2.14•10–4, (41)

Kb=[H2CO3][OH–]/[HCO–3]=10–14/Ka1=10–14/4.5•10–7=2.24•10-8, (42)

что свидетельствует о том, что ион НСО3– — более слабое осно­ вание, чем ион СО2-3. В создании щелочной реакции почвенных растворов и вытяжек принимают участие и другие анионы:

Определяющим моментом в создании щелочной реакции яв­ ляется присутствие в почве гидролитически щелочных солей слабых кислот и оснований: карбонатов натрия и калия, гидро­ карбонатов натрия и калия, карбонатов кальция и магния, гидро­ карбоната кальция и др. Так же себя ведут гуматы и фульваты щелочей.

Поскольку с кислотой может взаимодействовать любое ве-

201

щество, способное присоединять протон, то общую щелочность можно рассматривать как меру дефицита протонов по отношению к условно принятому его нулевому уровню. При этом акцептора­ ми протонов считаются основания с константами диссоциации Кb равными или превышающими 10–9.5 (рKb = 9,5). Согласно по­ следним данным (Л. А. Воробьева, С. П. Замана, 1984) ще­ лочность почв может быть обусловлена следующими анионами:

S2–(рКb=1,4); РО3–4(рКb=2,0); H3SiO–4 (рКb=4,1);

Н2ВО–3(рКb=4,8); Аl(Н2 O)2 (ОН4 )– (рKb =5,9); HPO2 – 4 (pKb =6,8); HS– (pKb =7,0); НСО– 3 (рKb =7,6),

анионы различных органических кислот, рКь которых равны или меньше 9,5. Свойствами оснований с рKb</=9,5 обладают анионы

кислот, константы диссоциации которых Ка равны или меньше

10- 4 . 5 .

Соответственно, определяемая в почвах общая щелочность всегда является комплексной, отличается большим разнообрази­ ем существующих в почвах химических соединений и протекаю­ щих в ней химических реакций. Для суждения о ее природе всег­ да необходимы детальные исследования. В частности, надежные данные о природе щелочности почвы могут быть получены на основании потенциометрического метода с получением кривых титрования.

Различают актуальную (активную) и потенциальную щелочность почвы.

Актуальная щелочность обусловлена наличием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей, при диссоциации ко­ торых образуется в значительных количествах гидроксильный ион. При характеристике актуальной щелочности природных вод и почвенных растворов различают общую щелочность, щелоч­ ность от нормальных карбонатов и щелочность от гидрокарбо­ натов. Эти виды щелочности различаются по граничным зна­ чениям рН. Щелочность почвы определяется путем титрования водной вытяжки или почвенного раствора кислотой в присутст­ вии различных индикаторов и выражается в миллиграм-экви- валентах на 100 г почвы. Общая щелочность определяется титрованием по индикатору метиловому оранжевому. Кроме об­ щего содержания гидролитически щелочных солей на общую ще­ лочность будут влиять и анионы — основания. Щелочность от нормальных карбонатов является результатом обменных реакций почв, содержащих поглощенный натрий. Она появляется также в результате жизнедеятельности сульфатредуцирующих бакте­ рий, восстанавливающих в анаэробных условиях и в присутст­ вии органического вещества сернокислые соли натрия с образо­ ванием соды. Определяется щелочность от нормальных карбона­ тов титрованием в присутствии фенолфталеина. При этом на результаты анализа будет влиять и наличие анионов-оснований с ярко выраженными основными свойствами: сульфид- и фосфатионов, анионов кремниевой и борной кислот; а также гидроксоком-

202

плексов некоторых металлов, например Аl(Н2O)2(ОН)–4 : Аl(Н2 O)2 (ОН)– 4 +Н2 O<–>Al(H2 O)3 (OH)– 3 +ОН–

Потенциальная щелочность проявляется у почв, содержащих поглощенный натрий. При взаимодействии почвы с углекислотой поглощенный натрий в почвенном поглощающем комплексе за­ мещается водородом и появляется сода, которая подщелачивает раствор: [ППК2 – ]2Na+ +H2 CO3 <–>[ППК2 – ]2H+ +Na2 CO3 .

Сильнощелочная реакция неблагоприятна для большинства растений. Высокая щелочность обусловливает низкое плодородие многих почв, неблагоприятные физические и химические их свойства. При рН около 9—10 почвы отличаются большой вяз­ костью, липкостью, водонепроницаемостью во влажном состоя­ нии, значительной твердостью, цементированностью и бесструк­ турностью в сухом состоянии.

Для химической мелиорации щелочных содово-засоленных почв необходимы замещение обменного натрия на кальций и нейтрализация свободной соды:

[ППК 2 – ]2Na + +CaSO 4 =[ППК 2 – ]Ca 2 + +Na 2 SO 4 Na 2 CO 3 +CaSO 4 =CaCO 3 + Na 2 SO 4

N a 2 C O 3 + H 2 S O 4 = N a 2 S O 4 + H 2 O + C O 2

Химическая мелиорация щелочных почв производится путем внесения гипса, нитратов кальция или материалов, содержащих гипс, серную кислоту, сульфат железа, пиритовые огарки или серу. Сера, окисляясь до серной кислоты, взаимодействует с карбонатом кальция почв, образуя сернокислый кальций, кото­ рый действует на соду и поглощенный натрий. Мелиорация злостных содовых солончаков производится методом кислования серной кислотой с последующими промывками при искусственном дренаже.

10.4. Буферность почвы

Буферностью называется способность почвы противостоять изменению ее актуальной реакции под воздействием различных факторов.

Различают буферность почв против кислотных и буферность против щелочных агентов. Буферные свойства почв связаны с поглощением и вытеснением ионов, с процессами перехода со­ единений в молекулярные или ионные формы, с нейтрализацией и выпадением в осадок образующихся в почве соединений. Бу­ ферность почвы определяется свойствами ее твердой фазы, главным образом почвенных коллоидов. Кислота или щелочь, по­ являющиеся в почвенном растворе, вступают во взаимодействие

спочвенными коллоидами, что ослабляет сдвиг реакции. При взаимодействии почвы с кислотой происходит реакция

203

обмена между обменными катионами и водородным ионом кис­ лоты, в результате чего водородный ион оказывается связанным с твердой фазой почвы, а в растворе появляются катионы:

[ П П К 2 – ] С а 2 + + Н С l = [ П П К 2 – ] 2 Н + + С а С 1 2

Если в почве появляется щелочь, водород или алюминий по­ глощающего комплекса обмениваются с катионами щелочи, ко­ торая нейтрализуется:

[ П П К 2 – ] 2 Н + + С а ( О Н ) 2 = [ П П К 2 – ] С а 2 + + 2 Н 2 O

Кроме почвенных коллоидов твердая фаза почв может со­ держать другие факторы буферности — малорастворимые прос­ тые соли основного или кислотного характера, которые могут взаимодействовать с растворами и ослаблять сдвиг реакции.

Буферность почвы зависит от: 1) количества почвенных кол­ лоидов (чем больше коллоидов в почве, тем выше ее буфер­ ность; песчаные почвы почти не обладают буферностью); 2) со­ става почвенных коллоидов (чем выше в почвах содержание гумуса, монтмориллонита и почвенных коллоидов с широким отношением кремнезема к глинозему, тем выше их буферность по отношению к изменениям реакции как в кислом, так и в щелочном интервале; буферность возрастает параллельно увели­ чению емкости поглощения почв); 3) состава обменных катио­ нов (наличие большого количества катионов Са2 + , Mg2+ , Na2 + и других оснований создает значительную буферность в кислую

204

Т а б л и ц а 38. Сравнительная буферность почв СССР относительно песка (В. А. Ковда, 1973)

титровании отличается постепенностью изменений, в то время как для почв малой буферности она характеризуется резкостью переходов (рис. 40).

Высокой буферностью в отношении кислот и низкой — про­ тив щелочей — отличаются гумусированные маловыщелоченные, богатые у1лекислыми солями почвы степных, полупустынных и пустынных облааей. Высокой буферностью против щелочных агентов обладают глинистые почвы, содержащие значительные количества обменных Н+ и Аl3+ и кислых гумусовых соединений (табл. 38).

Буферная способность является одним из элементов поч­ венного плодородия. Она позволяет сохранять благоприятные для растений свойства почв. Буферность почвы необходимо учи­ тывать при проведении химической мелиорации (при известко­ вании и гипсовании), так как при повышенной кислотности или щелочности почва, обладающая буферностью, сопротивля­ ется изменению реакции, что требует внесения повышенных доз химических мелиорантов.

Глава одиннадцатая

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВАХ

11.1.Окислительно-восстановительные реакции

ипроцессы

Почва — это сложная окислительно-восстановительная систе­ ма. В ней присутствует большое количество разнообразных веществ минеральной и органической природы, способных всту­ пать в реакции окисления и восстановления, благодаря чему в ней активно протекают окислительно-восстановительные про­ цессы, оказывающие существенное влияние на ход почвообразо­ вания. С окислительными реакциями связаны процессы гуми­ фикации растительных остатков; с реакциями как окисления, так и восстановления — изменение степени окисленности железа, марганца, азота, серы и других элементов.

205