Поглотительная способность почв реферат

Обновлено: 05.07.2024

Физическое поглощение защищает водорастворимые соединения от вымывания. Такое поглощение нередко сопровождается коагуляцией коллоидных веществ под воздействием электролитов, что также предохраняет от вымывания водорастворимые соединения. Вот почему химическими мелиорациями можно способствовать коагуляции коллоидов и противодействовать пептизации их.

Химическая поглотительная способность – свойство почвы удерживать ионы в результате образования нерастворимых или труднорастворимых солей. Она заключается в выпадении из почвенных растворов осадков и закрепления их в почве. При взаимодействии растворимых и среднерастворимых солей возникают труднорастворимые соли , которые и присоединяются к твердой фазе почвы. например: Na2СО3+СаSO = СаСО3+Na2SO4; 3CаSO4+2Na3РО4= Са(РО4)2+ 3Na2SO4. Легкорастворимые соли, например, Na2SO4, уносятся из сферы взаимодействия. Химическое поглощение происходит в том случае, если анион раствора дает нерастворимое соединение с ионами, находящимися на поверхности твердых частиц почвы

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность – свойство почвы обменивать некоторую часть катионов и в меньшей степени анионов из соприкасающихся растворов. Здесь наблюдается физическое и химическое поглощение. Происходит эквивалентный обмен катиононами. Катионы из раствора переходят в слой компенсирующих ионов мицелл почвенных коллоидов, а катионы из слоя компенсирующих ионов – в раствор. Изменяя искусственно реакцию почвенных растворов, можно направленно воздействовать на емкость поглощения, а из необменного состояния катионы перевести в обменные. Перевод в необменное состояние катионов совершается при периодическом высушивании почвы, что объясняется старением и частичной кристаллизацией гелей коллоидов.

Биологическая поглотительная способность связана с жизнедеятельностью организмов почвы (главным образом микрофлоры), которые усваивают и закрепляют в своем теле различные вещества, а при отмирании обогащают ими почву. Растворимые соединения, поступающие из раствора, а также вещества, ассимилируемые организмами из твердой и газообразной фазы почвы, переходят в нерастворимую форму в теле организмов. Благодаря такому поглощению в почве аккумулируются необходимые для растений элементы зольного и азотного питания. Это избирательная поглотительная способность по отношению к элементам питания растений. Особенно большое значение имеет для улучшения бедных питательными веществами легкопромываемых почв.

Почва задерживает бактерии и адсорбирует их как физическая среда. Это свойство более выражено у суглинистых и меньше у песчаных почв. Адсорбирующая способность почв различна по отношению к разным видам бактерий.

Поглотительная способность почв сильнее проявляется в условиях оптимальной влажности почв, когда накапливается перегной и элементы пищи растений и повышается плодородие почв.

Химические свойства

Химические свойства почвы определяются процессами, происходящими в основном между ее твердой и жидкой фазами. По закону действующих масс в почве образуются и поступают в раствор различные вещества, в ней устанавливается подвижное равновесие между твердой частью и почвенным раствором. При уменьшении концентрации такого раствора часть веществ поступает в него из твердой фазы почвы и, наоборот, при увеличении концентрации часть веществ выпадает из раствора, присоединяясь к твердой фазе почвы.

Почвенный раствор. В почвенной воде растворимы различные соли и кислоты, которые представляют так называемый п о ч в е н н ы й р а с т в о р. Он образуется в процессе почвообразования в течение длительного времени в результате движения воды в почве и смачивания ее. Соли растворяются под действием кислот, коалинизации, окислительно-восстановительных процессов, гидролиза веществ и т.д. Почвенный раствор по составу и концентрации определяется взаимодействием почвы, воды и организмов, которое состоит в растворении минеральных и органических веществ, пептизации, коагуляции и обмене ионами растворов с почвенными коллоидами.

Реакция почвенного раствора создается при взаимодействии почвы с водой или растворами солей, характеризуется концентрацией водородных и гидроксильных ионов. Реакция может быть кислой, щелочной или нейтральной. В последнем случае концентрация ионов Н + и ОН - одинакова. Реакция почвенного раствора выражается символом рН – десятичным логарифмом с обратным знаком, показывающим степень концентрации Н в почвенном растворе, или количеством Н-иона в листе раствора.

Различают активную (актуальную) и потенциальную кислотность. Активная кислотность возникает за счет слабых кислот (главным образом углекислоты, органических кислот), а также кислых солей и минеральных кислот, особенно H2SO4 . Эта кислотность обнаруживается действием воды на почву, поглощающий коллоидный комплекс которой не насыщен основаниями.

Буферность. Способность почвенной суспензии противостоять изменению ее активной реакции (рН) при внесении в почву кислот или щелочей называется б у ф е р н ы м д е й с т в и – е м. В следствие буферности почва обладает относительно устойчивой реакцией почвенного раствора. Буферное действие присуще твердой фазе почвы и зависит от ее химического, коллоидного и механического состава.
Физические свойства
Физические свойства почвы разделяются на основные (объемный и удельный вес, пористость, пластичность, липкость, связность, твердость, спелость) и функциональные (водные, воздушные и тепловые). К последним относят способность поглощать (впитывать) выпадающие осадки или оросительную воду, пропускать, сохранять или удерживать ее, подавать из глубоких горизонтов к поверхности, снабжать ею растения и т.д. Вода значительно изменяет физические, химические, тепловые и воздушные свойства почвы.

Физические свойства почвы, тесно связанные с другими ее свойствами, изменяются в соответствии с ходом почвообразования, а с изменением свойств изменяется и почвообразование.

Объемный и удельный вес. О б ъ е м н ы й в е с – вес единицы объема абсолютно сухой почвы в естественном сложении (с порами), или вес в граммах 1 см 3 сухой почвы. Он определяется взвешиванием образца с ненарушенным строем, взятого в строго определенном объеме.

У д е л ь н ы й в е с – вес в граммах 1 см 3 твердой массы почвы без пор. Удельным весом почвы называют отношение веса твердой ее фазы определенного объема к весу воды при 40 о С в том же объеме.

Пористость (скважность). Суммарный объем пор между частицами твердой фазы (объем всех промежутков), выраженный отношением объема пор к объему почвы называется п о р и с -

т о с т ь ю, или с к в а ж н о с т ь ю. В отличии от пористого сложения почвы или от пористости горных пород или других тел, скважность почвы нередко называют порозностью.

Размер пор, форма и сочетание их весьма разнообразны, так как они являются производными от случайного расположения полидисперсных частиц механического состава – элементарных почвенных частиц, микроагрегатов и структурных отдельностей, крайне различных по размерам, форме и характеру их поверхностей.

Эти промежутки по форме и размерам сильно изменяются во времени в зависимости от происходящих в почве физико-механических и биологических процессов. вследствие частичной или полной закупорки некоторые поры исчезают, другие возникают вновь.

В почвах возможна уплотненная укладка, если промежутки первого порядка будут заняты частицами или агрегатами, диаметр которых отвечает размерам пор.

Схема изменения плотности упаковки:

а – увеличение плотности; б – уменьшение плотности.


Пористость почвообразующих пород и почв различного механического состава колеблется значительно. Пористость тем выше, чем мельче механический состав почвы. Более крупные частицы образуют хотя и более крупные поры, но общий объем их несравненно меньше, чем сумма объема многочисленных пор, создаваемых мелкими (тонкими) частицами. Соотношение общей, внутриагрегатной и межагрегатной можно видеть из таблицы:
Пористость почв (%) по Н. А. Качинскому


Пластичностью почвы называется способность ее в определенном интервале влажности под воздействием внешних сил изменять свою форму с сохранением новой приданной формы (способность к формованию и лепке). Это свойство обуславливается образованием гидротированных плотных оболочек вокруг мельчайших частичек почвы. Наибольшую пластичность имеют так называемые жирные, или тяжелые, глины, состоящие из тонких чешуйчатых частичек, сложенных в форме плотных штабелей.

Липкость (клейкость) – способность почвы во влажном состоянии прилипать к вводимым в нее предметам или соприкасающимся с нею. Она зависит от влажности, механического и химического состава и других свойств почвы. Начинает проявляться в структурной почве при ее влажности 60 – 70% и в бесструктурной – при 40 – 60% полной влагоемкости. Затем липкость возрастает до степени влажности, соответствующей нижнему пределу текучести, а при последующем повышении влажности липкость уменьшается и при переходе почвы в текущее состояние исчезает.

Липкость определяется количеством влаги, соответствующим моменту, когда почвенная масса при некоторой наименьшей влажности начинает прилипать.

Связность – это свойство взаимного сцепления или притягивающего действия между почвенными частицами, которое измеряется силой, удерживающей частицы одну около другой. Оно обуславливается проявлением адсорбции, когезии, цементирующим действием различных веществ (глина, перегной, известь), степенью увлажнения почвы и другими факторами.

Твердость (плотность). Твердостью почвы называется способность ее оказывать сопротивление проникновению в нее твердых режущих тел род давлением.

Твердость в поле обычно устанавливают визуально, различая следующие степени плотности почвы:

а) рыхлая – осыпается со стенок разреза от прикосновения ножа, легко проникающего в почву;

б) рыхловатая – осыпается меньше предыдущей, почвенный разрез без затруднения копается лопатой, нож хорошо проникает в почву;

в) уплотненная (плотноватая) - удовлетворительно режется лопатой и ножом, нож с трудом входит в почву;

г) твердая – с трудом режется лопатой; стенки разреза очень плотные, нож с трудом входит а почву;

д) очень твердая – слабо поддается действию лопаты. Нож лишь оставляет черту, не проникая в почву. Эта степень твердости характерна для иллювиальных горизонтов сильносолонцеватых почв, солонцов и в ряде случаев подзолов (ортштейны, ортзанды) и пр.

Почвенная корка и плужная подошва. На поверхности суглинистой и глинистой почвы после увлажнения очень часто образуется заплывший верхний слой пахотного горизонта, изрезанный вертикальными трещинами, называемый п о ч в е н н о й к о р к о й. Она, увеличивая потери влаги из пашни, снижает полевую всхожесть, ухудшает условия роста и развития растений и понижает урожай всех культур.

Ниже границ пахотного горизонта суглинистой и глинистой почвы (Ап) нередко наблюдается уплотненный подпахотный горизонт, называемый п л у ж н о й, или п а х о т н о й п о д о ш в о й. Для ее уничтожения необходимо менять глубину вспашки и разрушать подошву почвоуглубителем, известкованием кислых и гипсованием щелочных почв и пр.

Водные свойства почвы
Вода в почве является одним из основных факторов почвообразования и одним из главнейших условий плодородия. В мелиоративном отношении особенно важное значение вода приобретает как физическая система, находящаяся в сложных взаимоотношениях с твердой и газообразной фазой почвы и растением (рис. 9). Недостаток воды в почве губительно отражается на урожае. Лишь при необходимом для нормального роста и развития растений содержании жидкой воды и элементов питания в почве при благоприятных воздушных и термических условиях можно получить высокий урожай.

Основной источник воды в почве – выпадающие осадки, каждый миллиметр которых на гектаре составляет 10м 3 , или 10т воды.

На Земле непрерывно совершается круговорот воды. Это постоянно протекающий геофизический процесс, включающий следующие звенья: а) испарение воды с поверхности мирового океана; б) перенос паров воздушными потоками в атмосфере; в) образование облаков и выпадение осадков над океаном и сушей; г) движение воды на поверхности Земли и в недрах ее (аккумуляция осадков, сток, инфильтрация, испарение).

Содержание воды в почве определяется климатическими условиями зоны и водоудерживающей способность почвы. Роль почвы во внешнем влагообороте и внутреннем влагообмене повышается в результате ее окультуривания, когда заметно увеличиваются влажность, водопроницаемость и влагоемкость, но сокращаются поверхностный сток и бесполезное испарение.

Влажность почвы
Содержание воды в почве колеблется в пределах от сильного иссушения (физиологической сухости) до полного насыщения и переувлажнения. Количество воды, находящейся в данный момент в почве и выраженное в весовых или объемных процентах по отношению к абсолютной сухой почве, называется в л а ж н о с т ь ю п о ч в ы. Зная влажность почвы, нетрудно определить запас почвенной влаги. Одна и та же почва может быть неодинаково увлажнена на разных глубинах и в отдельных участках почвенного разреза. Увлажненность почвы зависит от физических свойств ее, водопроницаемости, влагоемкости, капиллярности, удельной поверхности и других условий увлажнения. Изменение влажности почв и создание благоприятных условий увлажнения в течение вегетационного периода достигаются приемами агротехники.

Каждая почва имеет свою динамику влажности, меняющуюся по генетическим горизонтам. Различают влажность абсолютную, характеризующуюся валовым (абсолютным) количеством влаги в почве в данной точке на данный момент, выраженном в процентах от веса или объема почвы, и влажность относительную, исчисляемую в процентах от пористости (полной влагоемкости).

Влажность почвы определяется разными методами.
Влагоемкость почв

В л а г о е м к о с т ь (влагоудержание) – свойство почвы поглощать и удерживать то максимальное количество воды, которое в данное время соответствует воздействию на нее сил и условиям внешней среды. Это свойство зависит от состояния увлажненности, пористости, температуры почвы, концентрации и состава почвенных растворов, степени окультуренности, а также от других факторов и условий почвообразования. Чем выше температура почвы и воздуха, тем меньше влагоемкость, за исключением почв, обогащенных перегноем. Влагоемкость меняется по генетическим горизонтам и высоте почвенной колонны.

В почвенной колонне как бы заключена водная колонна, форма которой зависит от высоты столба почвенного грунта над зеркалом и от условия увлажнения с поверхности. Форма такой колонны будет соответствовать природной зоне. Эти колонны в природных условиях меняются по сезонам года, а также от погодных условий и колебания влажности почвы. Водная колонна изменяется, приближаясь к оптимальной, в условиях окультуривания и мелиорации почвы.

Различаются следующие виды влагоемкости: а) полная (ПВ); б) максимальная адсорбционная (МАВ); в) капиллярная (КВ); г) наименьшая полевая (НВ) и предельная полевая влагоемкость (ППВ).

Все виды влагоемкости меняются с развитием почвы в природе и еще более – в производственных условиях. Даже одна обработка (рыхление спелой почвы) может улучшить ее водные свойства, увеличивая полевую влагоемкость. А внесение в почву минеральных и органических удобрений или других влагоемких веществ может на длительное время улучшить водные свойства или влагоемкость. Это достигается заделкой в почву навоза, торфа, компоста и других влагоемких веществ. Мелиорирующее действие может оказывать внесение в почву влагоудерживающих высокопористых влагоемких веществ типа перлитов, вермикулита, керамзита.
Водный режим и водный баланс почвы
Водным режимом называют совокупность всех явлений поступления воды в почву, ее передвижения в ней и расходования. В почве происходит изменение влажности по генетическим горизонтам, по площади ее распространения и срокам. Количество притекающей в почву воды и расходование ее из почвы за учетный отрезок времени характеризуют в л а г о о б о р о т п о ч – в ы. Совокупность количественных изменений влажности почвы за этот отрезок называют р е - ж и м о м в л а ж н о с т и.

Водный баланс почв отдельных участков и районов слагается из многих переменных величин. Приближенно его можно выразить следующим уравнением (по А. А. Роде):

где Вн – запас в начале изучаемого периода;

Вк – запас воды в конце изучаемого балансового периода;

О – сумма осадков за весь год;

К – величина конденсации паров воды из атмосферы за весь период;

Г – количество воды, поступающей из грунтовых вод за весь период;

П – приток поверхностной воды из каналов и оросителей, с орошаемой площади, из водохранилищ, с соседней территории и др.;

Б – внутрипочвенный приток воды;

Т – транспирация за весь год;

И – величина испарения воды почвой за весь период;

Сп – величина поверхностного стока;

Св – внутрипочвенный сток (фильтрация и др.)

Типы водного режима. Средний годовой водный баланс определяет тип водного режима почв. В результате проявления того или иного типа водного режима по почвенному профиля распределяются растворенные и диспергированные вещества, возникают генетические горизонты и создается общий облик (тип) почв той или иной зоны. Тип водного режима почвы состоит из годовых и сезонных водных режимов или посезонного распределения воды а почве. Тип водного режима почвы и элементы его отличаются известной динамичностью.

Учение о поглотительной способности почв разработано в трудах К. К. Гедройца, Г. Вигнера, С. Маттсона, Е. Н. Гапона, Б. П. Никольского, Н. П. Ремезова, И. Н. Антипова-Каратаева, Н. И. Горбунова. Наиболее полно характеристика поглотительной способности почв изложена в работах К. К. Гедройца, который
выделил пять ее видов.

Содержание работы

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ 3
1.1. КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ВИДОВ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВЫ 7
1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММЫ ПОГЛОЩЕННЫХ ОСНОВАНИЙ ПО МЕТОДУ КАППЕНА-ГИЛЬКОВИЦА 9
2. ПОЧВЕННЫЙ ПОГЛОЩАЮЩИЙ КОМПЛЕКС (ППК) 11
2.1. ПОЧВЕННЫЕ КОЛЛОИДЫ 11
2.2. СТРОЕНИЕ И ЗАРЯД ПОЧВЕННЫХ КОЛЛОИДОВ 13
2.3. СОРБЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВАХ 17
2.4. СОРБЦИЯ АНИОНОВ ПОЧВАМИ 22
2.5. ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННЫХ КОЛЛОИДОВ 24
3. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ 28
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ 29

Файлы: 1 файл

Реферат поглотительная способность почв почвенный поглощающий ко.doc

Министерство образования и науки РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ

ПОЧВЕННЫЙ ПОГЛОЩАЮЩИЙ КОМПЛЕКС

Мартынова Наталья Александровна

Студентка 2 курса заочного отделения

Лопаткина Ольга Александровна

1. ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ

1.1. КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ВИДОВ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВЫ

1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММЫ ПОГЛОЩЕННЫХ ОСНОВАНИЙ ПО МЕТОДУ КАППЕНА-ГИЛЬКОВИЦА

2. ПОЧВЕННЫЙ ПОГЛОЩАЮЩИЙ КОМПЛЕКС (ППК)

2.1. ПОЧВЕННЫЕ КОЛЛОИДЫ

2.2. СТРОЕНИЕ И ЗАРЯД ПОЧВЕННЫХ КОЛЛОИДОВ

2.3. СОРБЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПОЧВАХ

2.4. СОРБЦИЯ АНИОНОВ ПОЧВАМИ

2.5. ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПОЧВЕННЫХ КОЛЛОИДОВ

3. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ

1. ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ

Поглотительной способностью почвы называется ее свойство обменно либо необменно поглощать различные твердые, жидкие и газообразные вещества или увеличивать их концентрацию у поверхности содержащихся в почве коллоидных частиц.

Учение о поглотительной способности почв разработано в трудах К. К. Гедройца, Г. Вигнера, С. Маттсона, Е. Н. Гапона, Б. П. Никольского, Н. П. Ремезова, И. Н. Антипова-Каратаева, Н. И. Горбунова. Наиболее полно характеристика поглотительной способности почв изложена в работах К. К. Гедройца, который

выделил пять ее видов.

Цель: Изучить виды и факторы формирования поглотительной способности почвы, получить представление о почвенном поглощающем комплексе, освоить методику количественного определения суммы поглощенных оснований почвы.

Поглотительной способностью почвы называют способность почвы поглощать из водной или воздушной среды вещества в ионном, молекулярном, коллоидном виде или в виде суспензий, а также живые микроорганизмы. Эта способность почвы обусловлена протекающими в ней разнообразными процессами сорбционной и несорбционной природы. Совокупность минеральных, органических и органо-минеральных частиц твердой фазы почвы, обладающих поглотительной способностью, носит название почвенного поглощающего комплекса (ППК). Основную часть ППК составляют почвенные коллоиды. По К.К. Гедройцу, выделяют 5 видов поглотительной способности почвы: механическую, физическую, физико-химическую, химическую и биологическую.

Механическая поглотительная способность – это свойство почвы, как всякого пористого тела, задерживать в своей толще твердые частицы крупнее, чем система пор. Это могут быть взвешенные в поверхностных водах частицы глины и песка, детрит и т. п. Механическая поглотительная способность зависит от гранулометрического состава почвы, ее пористости, сложения. Благодаря механической поглотительной способности почвы и грунтов обеспечивается чистота грунтовых вод, происходит заиление каналов.

Физическая (молекулярно-сорбционная) поглотительная способность представляет изменение концентрации молекул растворенного вещества на поверхности твердых частиц почвы. Это свойство почвы обусловливается притяжением отдельных молекул к поверхности твердых почвенных частиц в результате проявления так называемой поверхностной энергии. Интенсивность проявления поверхностной энергии зависит от величины поверхности почвенных частиц и, следовательно, обязана присутствию в почве тонкодисперсных частиц. Эти частицы могут притягивать молекулы газов (водяной пар>NH3>CO2>O2>N2), молекулы жидких веществ. В частности, наличие пленочной влаги вокруг почвенных частиц обусловлено поверхностными силами. Наконец, в результате поверхностной энергии почвенными частицами поглощаются недиссоциированные на ионы молекулы веществ, находящихся в виде молекулярного раствора.

Физико-химическая (ионно-сорбционная) поглотительная способность заключается в способности почвы сорбировать ионы в результате обменных и необменных процессов. Наиболее важную роль в ионном почвенном обмене играют катионы. Общая схема катионного обмена в почве выглядит следующим образом:

Са 2 + → (ППК) Mg 2 +

+ 5KCl (ППК)5К + CaCl2 + MgCl2 + HCl + ← H

Физико-химическое поглощение имеет ряд закономерностей.

1) Обменно поглощаются преимущественно катионы, так как поглощающий комплекс заряжен в основном отрицательно.

2) Обмен катионов происходит в строго эквивалентном количестве.

3) Энергия обменного поглощения различных катионов зависит от валентности, а при одной и той же валентности - от атомной массы.

4) Интенсивность поглощения зависит от концентрации раствора, а при одинаковой концентрации - от количества раствора.

5) Поглощение и закрепление катионов зависит не только от характера ионов, но и от свойств самой почвы.

Разные типы почв отличаются величиной емкости поглощения и имеют определенный состав поглощенных катионов. Величина емкости поглощения почв определяется минеральным составом высокодисперсной части пород, на которых сформированы эти почвы, и содержанием в них гумуса. Как правило, глинистые тяжелые почвы имеют большую емкость поглощения, чем песчаные. Состав поглощенных катионов влияет на ряд важных свойств почвы. Скорость всасывания воды, прочность структуры почв и некоторые другие показатели последовательно уменьшаются при преобладании кальция, магния, калия и натрия. Оценочной характеристикой содержания в ППК катионов служит показатель суммы поглощенных оснований (S), который выражается в ммоль/100 г почвы. Группировка почв по этому показателю приведена в табл. 12.

Почвы обладают обменной поглотительной способностью не только в отношении катионов, но и в отношении анионов, среди которых наиболее активно поглощаются анионы фосфорной кислоты (Н2РО4+, НРО42+, РО43+).

Химическая поглотительная способность - образование труднорастворимых химических соединений при взаимодействии отдельных компонентов почвенного раствора. Например, при взаимодействии фосфат-ионов с кальцием образуется слаборастворимый фосфат кальция. Возникновение новообразований гипса в почве протекает следующим образом:

СаСl2 + Na2SO4 = 2NaCl + CaSO4↓

Кроме того, химическая поглотительная способность почв связана с комплексообразовательной сорбцией, адгезионным взаимодействием (склеиванием), в которых активно участвуют гумусовые соединения. В результате образуются устойчивые органоминеральные соединения. Так в почве могут накапливаться устойчивые соединения тяжелых металлов.

Биологическая поглотительная способность почвы обусловлена присутствием в ней животных и растительных организмов. В процессе своего жизненного цикла растения и животные накапливают некоторые химические элементы, необходимые для нормальной жизнедеятельности организмов. После отмирания последних, накопленные элементы частично задерживаются в почве. Таким образом, почва постепенно обогащается определенными элементами, например углеродом, азотом, фосфором и пр., а также некоторыми микроэлементами.

Играя важнейшую роль в формировании почвы и почвенного плодородия, поглотительная способность почв имеет большое экологическое значение. Она определяет важнейшее свойство – буферность почвы – устойчивость к неблагоприятным воздействиям, в том числе химическому, биологическому загрязнению. Благодаря поглотительной способности почвы регулируют реакцию среды (при кислотных или щелочных воздействиях), снижают токсическое действие тяжелых металлов, предотвращают загрязнение грунтовых вод. Эта способность почв широко используется в биологической очистке сточных вод (сооружение полей орошения и фильтрации), для рекультивации отвалов токсичных горных пород и отходов и т.п.

1.1. КАЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ВИДОВ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВЫ

Определение механической поглотительной способности.

1.На железных штативах укрепляют две стеклянные воронки диаметром около 8см.

2. В фарфоровой ступке растирают суглинистую почву, от которой на технических весах берут навеску в 30 г. Ее помещают в воронку.

3. Во вторую воронку кладут такую же навеску сильно песчаной почвы или песка. Во избежание высыпания материала в обе воронки предварительно помещают гравелинки, закрывающие большую часть выходного отверстия воронки.

5. Результаты опыта следует записать и сделать выводы.

Определение молекулярно-сорбционной (физической) поглотительной способности

1. В стеклянные воронки, укрепленные в железных штативах, помещают навески в 25 г песка и суглинка.

2. Через приготовленные образцы фильтруют какой-либо молекулярный раствор с хорошо окрашенным веществом. Наиболее удобен для опыта жидкий раствор анилиновых фиолетовых чернил.

3. В зависимости от величины так называемой поверхностной энергии, обусловленной в основном степенью дисперсности каждого образца, происходит поглощение молекул. Интенсивность поглощения проявляется в обесцвечивании фильтрата.

4. Цвет фильтрата из-под каждого образца записывают и делают вывод, в каком образце энергичнее проявляется сорбция (поглощение) молекул.

Определение ионно-сорбционной (обменной) поглотительной способности

1. Заранее заготавливают фракцию агрегатов крупнее 3 мм гумусового горизонта чернозема или серой лесной почвы. На технических весах берут навеску в 10 г и помещают в стеклянную воронку. Во вторую воронку насыпают 20 г песка. Воронки укрепляют в железных штативах.

2. Исходные растворы – дистиллированная вода и 5-процентный раствор хлорида калия – проверяют на содержание кальция. С этой целью дистиллированную воду и хлорид калия в количестве 5-6 см3 наливают в пробирки и туда добавляют около 1 см3 4%-ного раствора оксалата (щавелевокислого) аммония (NH4)2C2O4. Появление белой мути (оксалата кальция) указывает на примесь кальция. В дистиллированной воде кальций отсутствует. В растворе хлористого калия иногда обнаруживают очень слабое помутнение, свидетельствующее о содержании кальция в количестве, меньшем 0,01%. Реакция идет по схеме:

Ca2+ + C2O42- → CaC2O4↓

3. Через образцы в воронках фильтруют дистиллированную воду в конические

колбы емкостью около 100 см3. Жидкость, прошедшая через образцы, обычно содержит большее или меньшее количество механической примеси. Поэтому фильтрат из-под каждого образца вновь фильтруют через воронку с бумажным фильтром в пробирку в количестве 5-6 см3.

4. В обоих фильтратах определяют содержание кальция реакцией с оксалатом аммония. Как правило, констатируется отсутствие кальция или обнаруживается слабое помутнение, указывающее на присутствие водорастворимых форм кальция в количестве 0,01-0,001%.

5. Эти же образцы промывают 5%-ным раствором хлорида калия. Фильтрат от каждого образца фильтруют через воронку с бумажным фильтром в пробирку, где определяют содержания кальция.

6. Полученные результаты записывают. Объясняют появление обильного белого осадка оксалата кальция в фильтрате из-под почвы. Записывают схему процесса. Оборудование: железные штативы с зажимами, стеклянные воронки диаметром 8 см и 5 см, фарфоровая ступка с пестиком, технические весы, конические колбы емкостью 100 см3, пробирки в штативе.

Реактивы: глинистая суспензия, химические чернила, 5%-ный раствор хлористого калия, 4%-ный раствор щавелевокислого аммония.

1.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММЫ ПОГЛОЩЕННЫХ ОСНОВАНИЙ ПО МЕТОДУ КАППЕНА-ГИЛЬКОВИЦА

Метод основан на вытеснении катионов из почвенного поглощающего комплекса 0,1 н. раствором соляной кислоты и последующим титровании гидроксидом натрия остатка кислоты, не вступившей в реакцию. Если в почве содержатся карбонаты, этот метод использовать нельзя, т.к. кислота будет израсходована на разрушение карбонатов.

1. Из средней пробы почвы, растертой пестиком в фарфоровой ступке и просеянной через сито с отверстиями 1 мм, на технических весах берут навеску в 10 г (для черноземов можно 5 г).

2. Навеску переносят в колбу емкостью около 100 см3, куда наливают 50 см3 0,1 н. раствора соляной кислоты.

В работе дан краткий обзор истории изучения поглотительной способности почв. Описаны виды поглотительной способности почв и их природа. Приведены сведения о почвенных коллоидах и их влияние на свойства почвы. Описаны пути улучшения почвенного плодородия посредством изменения почвенного поглощающего комплекса некоторых почв. Библ. 6, табл. 9, рис. 1.

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 4
1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ УЧЕНИЯ О ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВ 5
2. ПОЧВЕННЫЕ КОЛЛОИДЫ 7
3.ВИДЫ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВ 12
3.1МЕХАНИЧЕСКАЯ ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ 12
3.2ФИЗИЧЕСКАЯ ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ 14
3.3ХИМИЧЕСКАЯ ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ 15
3.4БИОЛОГИЧЕСКАЯ ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ 16
3.5ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВ 17
3.5.1 ПОГЛОЩЕНИЕ ПОЧВАМИ КАТИОНОВ 19
3.5.2 ОБМЕННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ КАТИОНОВ 20
3.5.3 НЕОБМЕННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ КАТИОНОВ 23
3.5.4 СОСТАВ ОБМЕННЫХ КАТИОНОВ И ЁМКОСТЬ ПОГЛОЩЕНИЯ ПОЧВ 25
4. ПОГЛОЩЕНИЕ ПОЧВАМИ АНИОНОВ 32
4.1. ОСОБЕННОСТИ ПОГЛОЩЕНИЯ АНИОНОВ 33
4.2. ЁМКОСТЬ ПОГЛОЩЕНИЯ АНИОНОВ 38
5. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ ПОЧВЫ 41
ВЫВОДЫ 42
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 44

Файлы: 1 файл

курсовая работа№4.doc

Под поглотительной способностью почвы в самом широком смысле этого слова понимается способность ее задерживать те или другие вещества, приходящие в соприкосновение с ее твердой фазой через циркулирующие в ней воды. Таким образом, могут задерживаться соединения или части их, находящиеся в растворенном состоянии, а также коллоидально распыленные частички минерального и органического вещества, живые микроорганизмы и грубые суспензии.

В зависимости от того, каким способом почва поглощает, какой при этом совершается процесс, можно различать следующие виды поглотительной способности: 1) механическая поглотительная способность почвы; 2) физическая (адсорбция); 3) физико-химическая, или поглотительная способность в тесном смысле этого слова, или обменная способность (обменная адсорбция); 4) химическая и 5) биологическая.

3.1 Механическая поглотительная способность почв

Механической поглотительной способностью называется свойство почвы, как всякого пористого тела, не пропускать через себя, задерживать частицы, взмученные в фильтрующейся через почву воде, раз эти частицы больше некоторой величины. Благодаря этому виду поглотительной способности почва задерживает коллоидально распыленные вещества, если коллоидальные частицы крупнее данной величины, и грубые суспензии. Задержанные алюмосиликатные и органические частички примешиваются к твердой фазе почвы, вступая с нею в более или менее прочные соединения в зависимости от их состава, дисперсности и других свойств (например, электрического заряда).

Почва состоит из отдельных частичек, или зерен, называемых механическими элементами; величина этих зерен в одной и той же почве колеблется в очень широких пределах; так во всех почвах мы можем найти механические элементы от 1 мм и до 5 микромикрона в диаметре, только различных почвах относительное количество частиц различного диаметра, т. е. так называемый механический состав почвы, будет различен. Встречаются почвы, содержащие и более крупные механические элементы, нежели в 1 мм диаметром. Эти механические элементы представляют кристаллы различных алюмосиликатов и силикатов.

Как бы плотно ни прилегали отдельные частички друг к другу, в массе их между ними всегда будут оставаться пространства, поэтому почва при всяком уплотнении представляет собою пористое тело. Между отдельными механическими элементами, слагающими это тело, между образуемыми этими элементами комплексами—структурными элементами почвы—имеются пространства, образующие очень сложную сеть переплетающихся между собою и прерывающихся канальцев самого разнообразного диаметра. Характер этой системы каналов в отношении их расположения, взаимной связи и величины диаметров зависит от механического состава минеральной и органической части почвы, от количественного соотношения между этими частями, от структурности и от сложения почвы.

Благодаря механической поглотительной способности передвижение отдельных микроорганизмов в почве должно быть очень затруднено. Все микроорганизмы, видимые даже лишь в самый сильный микроскоп, должны задерживаться целиком слоем в несколько сантиметров почвы даже среднего механического состава.

Механическая поглотительная способность почвы играет существенную роль в распределении микроорганизмов в почвенном разрезе и до настоящего времени она почти вовсе еще не изучена, и законы, управляющие этим поглощением, нам неизвестны (К.К. Гедройц, 1955).

3.2 Физическая поглотительная способность почвы

К. К. Гедройц описывает этот вид поглотительной способности следующим образом.

На границе соприкосновения твердых частиц почвы с окружающим раствором возникает некоторое количество свободной энергии, которую называют поверхностной энергией. Величина возникающей энергии равняется произведению поверхностного натяжения на величину поверхности всех твердых частиц почвы. Таким образом, поверхностная энергия зависит от обеих названных величин.

Поверхностное натяжение почвенных растворов очень невелико, и поэтому величина поверхностной энергии в почвах обусловлена главным образом суммарной поверхностью твердых частиц почвы, т. e. зависит от механического состава почвы или, точнее, от содержания в ней коллоидных и близких к ним по размеру частиц.

К. К. Гедройц рассматривает два возможных случая физического поглощения в результате изменения величины свободной поверхностной энергии.

а) Физическое поглощение с понижением поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение воды при 0° составляет 75 дин на 1 см 2 . В водных растворах величина поверхностного натяжения зависит от природы и концентрации растворенных соединений. Одни вещества понижают, другие повышают поверхностное натяжение водных растворов. С повышением концентрации растворенных веществ возрастает их влияние на поверхностное натяжение растворов. К веществам, понижающим поверхностное натяжение водных раствором, принадлежат многие органические соединения: органические основания и кислоты, спирты, высокомолекулярные соединения и т. п. В противоположность им неорганические соли, кислоты и основания, а также органические соединения с большим количеством гидроксильных групп повышают поверхностное натяжение.

Понижение возникающей свободной поверхностной энергии достигается путем уменьшения поверхностного натяжения в результате притягивания почвенными частицами веществ, понижающих поверхностное натяжение, и, наоборот, отталкивания веществ, повышающих поверхностное натяжение. В результате в растворе, непосредственно прилегающем к поверхности почвенных частиц, концентрация веществ, понижающих поверхностную энергию, будет выше, а концентрация повышающих поверхностную энергию — ниже, чем в окружающем почвенном растворе. В первом случае будет происходить положительное, во втором – отрицательное физическое поглощение.

б) Физическое поглощение с уменьшением поверхности частиц. К этому виду поглотительной способности относится явление коагуляции, когда, в результате соединения многих мелких частиц в более крупные микроагрегаты, суммарная поверхность уменьшается, а вместе с этим снижается и свободная поверхностная энергия.

3.3 Химическая поглотительная способность почвы

Химическая поглотительная способность почвы выражается в том, что те анионы растворенных солей, которые дают с катионами, находящимися в почвенном растворе, нерастворимые или малорастворимые соли, будут выпадать из раствора в виде соответствующих солей; выпадающий осадок будет примешиваться к твердой фазе почвы (К.К. Гедройц, 1955).

Такое поглощение сопровождается образованием труднорастворимых солей из легкорастворимых. Примерами такого поглощения могут служить: образование в почве гипса при взаимодействии сернокислого натрия с хлористым кальцием, образование фосфорнокислого кальция при взаимодействии хлористого кальция с фосфорнокислым натрием, образование фосфатов железа и алюминия и т.п. (Н. И. Горбунов, 1967).

Например, в почвах нейтральных или слабощелочных (черноземы, каштановые, сероземы и др.) вносимые фосфорнокислые удобрения (суперфосфат) закрепляются в ходе реакции с бикарбонатом кальция, находящимся в растворе:

в почвах, имеющих кислую реакцию (красноземы, дерново-подзолистые), при наличии свободных гидратов окислов железа и алюминия может наблюдаться химическое поглощение фосфат-иона в результате образования труднорастворимых фосфатов железа и алюминия. Например:

3.4 Биологическая поглотительная способность почв

Биологическая поглотительная способность связана с жизнедеятельностью растений и почвенных микроорганизмов, которые избирательно поглощают из почвы необходимые элементы минерального питания, переводят их в органическую форму и предохраняют тем самым от выщелачивания. После отмирания корней, растительных остатков и тел микроорганизмов происходят их разложение и постепенная гумификация. Минерализация и последующее использование растениями ранее закрепленного в почве в органической форме азота, фосфора и серы протекают довольно медленными темпами.

Интенсивность биологического поглощения зависит от аэрации, влажности и других свойств почвы, от количества и состава органического вещества, служащего источником пищи и энергетического материала для преобладающих в почве гетеротрофных микроорганизмов. Внесение в почву значительного количества бедного азотом органического вещества (соломы или соломистого навоза) вызывает быстрое размножение микроорганизмов, сопровождающееся интенсивным биологическим, закреплением минеральных форм азота, что приводит к ухудшению азотного питания растений и снижению урожая. В то же время биологическое поглощение способствует закреплению нитратного азота, который никаким другим путем в почве не удерживается и может вымываться, особенно на легких почвах в зонах достаточного увлажнения и орошаемого земледелия (П. М. Смирнов, Э. А. Муравин, 1984)

3.5 Физико-химическая поглотительная способность почв

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность почвы заключается в том, что почва способна обменивать некоторую часть содержащихся в твердой ее фазе катионов на эквивалентное количество катионов, находящихся в соприкасающемся с нею растворе; между катионами твердой фазы почвы и катионами почвенного раствора всегда устанавливается равновесие. Поглощаемый из раствора при этом катион или поглощаемые катионы, если их в растворе несколько, в том или другом количестве исчезают из раствора и становятся в соединения твердой фазы почвы, а вместо них в раствор переходит из твердой фазы почвы эквивалентное количество другого или других катионов. Такой обмен катионов может в зависимости от рода катионов в той или другой степени повлиять на физические и химические свойства почвы, так как те и другие находятся в тесной зависимости от рода катионов, входящих в поглощенном состоянии в твердую фазу почвы (К.К. Гедройц, 1955).

В почве физико-химическое поглощение происходит при изменении влажности, внесении удобрений, подъеме и опускании грунтовых вод, орошении и т.д. Малейшее изменение в составе и концентрации почвенного раствора вызывает изменение в составе поглощенных катионов. Следовательно, между почвенным поглощающим комплексом и почвенным раствором существует постоянное взаимодействие. Каждая разновидность почвы имеет в своем поглощающем комплексе определенный состав и количество катионов (Н. И. Горбунов, 1967).

3.5.1 Поглощение почвами катионов

Катионы, находящиеся в компенсирующем слое коллоидов, называются поглощенными, часть из них располагается в неподвижном слое, а часть – в диффузном. Кроме того, часть катионов находится в межслоевом пространстве глинистых минералов. Последние могут быть обменными и частично необменными. Переходу обменных катионов в необменные способствует высушивание, так как при этом происходит уменьшение расстояний между слоями кристаллической решетки минералов. Такое явление наблюдается в разбухающих минералах, например в монтмориллоните, вермикулите. Неразбухающие минералы, например гидрослюды, также могут содержать необменные катионы, так как они связываются сильными электрическими зарядами, расположенными на поверхности тетраэдрических слоев.

Обменное и необменное поглощение катионов зависит от их свойств, свойств коллоидов почвенного поглощающего комплекса, а также от свойств растворов, взаимодействующих с почвой (Н. И. Горбунов, 1967).

3.5.2 Обменное поглощение катионов

При обменном поглощение способность катионов внедряться в компенсирующий слой ионов неодинакова. Из наиболее распространенных в почве обменных катионов – Са 2+ , Mg 2+ , Na + , K + , NH4 + , A1 3+ и Н + - способность поглощения возрастает с увеличением атомного веса и валентности катионов.

По степени (энергии) поглощения наиболее распространенные в почвах катионы располагаются в таком порядке: Na + , NH4 + , K + , Mg 2+ , Ca 2+ , Al 3+ . Степень поглощения водородного иона особенно велика.

Большая гидратационная оболочка ослабляет сорбционную способность катионов. Поэтому среди одновалентных катионов натрий (ионный радиус 0,98 А) поглощается слабее калия (ионный радиус 1,33 А) у двухвалентных катионов кальций, имеющий более крупный ионный радиус (1,06 А), поглощается сильнее магния (ионный радиус 0,78 А). Ион водорода в водном растворе присоединяет одну молекулу воды и образует гидроксоний (Н3О + , ионный радиус 1,35 А). Гидроксоний поглощается почвенными коллоидами сильнее, чем другие одновалентные ионы. Катионы, лучше поглощающиеся почвой, удерживаются ей с большей силой, так как имеют больший электрический заряд и сильнее притягиваются почвенными коллоидными частицами.

Поглотительная способность почв — свойство почвы задерживать вещества, растворенные в почвенном растворе и контактирующие с её твердой фазой. Поглотительная способность обеспечивается почвенным поглощающим комплексом. Удерживаться вещества могут в растворенном состоянии, в виде коллоидальных частиц и суспензий.

В зависимости от способа поглощения различают виды поглотительной способности:

  • механическую,
  • физическую,
  • физико-химическую (обменную),
  • химическую,
  • биологическую.

Почвенный поглощающий комплекс — совокупность минеральных, органических и органоминеральных частиц твердой фазы почвы.

Учение о поглотительной способности почв впервые создал К.К. Гедройц, дальнейшее развитие оно получило в работах Г. Вигнера и С. Маттсона.

Механическая поглотительная способность

Механическая поглотительная способность почвы — способность механически удерживать в порах почвы частицы, взмученные в проходящей через профиль почвы воде. При этом удерживаются суспензии алюмосиликатных и органических частиц, коллоидально-распыленных веществ, что позволяет сохранить коллоидные фракции, плохо растворимые удобрения и мелиоранты.

Интенсивность механического поглощения зависит от пористости почвы, размера пор, дисперсности вещества. Поэтому глинистые и суглинистые почвы характеризуются большей механической поглотительной способностью, чем песчаные и супесчаные.

Этот вид поглотительной способности играет также роль в распределении микроорганизмов по профилю почвы.

Физическая поглотительная способность

В крупнозернистых, например, песчаных почвах, адсорбционные силы относительно небольшие, поэтому физическая поглотительная способность их низкая. С увеличением дисперсности почв, количества ила и коллоидальной фракции адсорбционные силы возрастают.

Повышение концентрации растворенного вещества в слое дисперсионной среды, примыкающей к частицам твердой фазы, называется положительной адсорбцией. Вещества, приводящие к увеличению поверхностного натяжения дисперсионной среды, вызывают отрицательную адсорбцию. В случае положительной адсорбции дисперсная фаза притягивает из дисперсионной среды к своей поверхности растворенные вещества, при отрицательной адсорбции — отталкивает. Положительно адсорбируются гидраты оксидов металлов и соли, образованных сильными основаниями и слабыми кислотами. Анионы адсорбируются отрицательно.

При данном виде поглощения содержащиеся в почвенном растворе вещества не претерпевают изменений.

В связи с большим количеством факторов (состава почвы, погодных условий), способных оказывать влияние на физическое поглощение, этот вид поглощения является динамическим.

Положительная адсорбция имеет важное значение в почвенных процессах и питании растений: растворенные вещества удерживаются от вымывания в глубокие слои почвы и создаются различные концентрации питательных веществ, позволяя растениям выбирать раствор с наиболее оптимальной для них концентрацией.

Физическое поглощение в почве может возникать также в результате коагуляции (слипания) коллоидных частиц. Этот процесс останавливает вымывание илистой фракции почвы и питательных веществ из корнеобитаемого слоя. Определить физическое поглощение сложно, так как оно находится во взаимосвязи с химическим поглощением и обменной адсорбцией.

Физическое поглощение имеет значение для рационального использования удобрений, в составе которых входят, например, растворимые нитраты и хлориды. Например, хлорид-ионы в больших количествах являются токсичными для многих культур, поэтому хлорсодержащие удобрения вносят осенью, чтобы за время осенне-весенних осадков произошло его вымывание из пахотного слоя. Наоборот, для нитратных удобрений такое вымывание нежелательно, поэтому их вносят весной перед посевом или в подкормках.

Физическая поглотительная способность почв имеет экологическое значение: адсорбция пестицидов уменьшает их проникновение в сопредельные среды, в том числе растения.

Читайте также: