Почвоведение Лекция 4. Поглотительная способность почвы
Константин Каэтанович Гедройц 1872 -1932 Академик Основоположник учения о поглотительной способности почв Автор первой монографии-руководства по химическому анализу почв Область исследований: Свойства почвенных коллоидов; Регулирование физикохимического состояния почв (кислотности, щелочности) и солевого режима
Поглотительная способность почвы - способность задерживать те или другие вещества, приходящие в соприкосновение с ее твердой фазой через циркулирующие в ней воды и газы. Виды поглотительной способности почвы: 1. Механическая 2. Физическая (син. Адсорбция) 3. Физико-химическая (син. Обменная) 4. Химическая 5. Биологическая поглотительная способность почвы
Значение знаний о поглотительной способности почв 1. Почва является первым от поверхности многофункциональным барьером для передвижения газов, жидкостей, твердых веществ и инородных организмов, на котором и внутри которого вещества подвергаются разным видам преобразования, а организмы вступают в борьбу за свое существование. 5 видов поглотительной способности почв отражают разные механизмы поглощения, удержания и преобразования веществ. 2. Закономерности адсорбции веществ, ионного обмена, биологического круговорота веществ и прочих механизмов поглощения используют для прогноза последствий воздействий человека в сельском, лесном хозяйстве, при строительстве, добыче полезных ископаемых, а также при моделировании дальнейшей судьбы выбросов и сбросов промышленных отходов в окружающую среду. 3. Параметры поглотительной способности почв используют для диагностики и классификации почв
Механическая поглотительная способность почвы - способность почвы, как пористого тела, задерживать на своей верхней границе или внутри себя частицы, взмученные в фильтрующейся через почву воде. Механическая поглотительная способность почвы определяется: 1. Соотношением размера пор и размеров взмученных частиц 2. Извилистостью порового пространства почвы участки накопления частиц
Почвообразующая порода (С) – покровный суглинок поры Фото Е. Б. Скворцовой
Гумусовый горизонт (AY) дерново-подзолистой почвы агрегаты Корни растений поры
Пахотный горизонт (P) дерново-подзолистой почвы поры агрегаты
Пахотный горизонт при систематическом внесении органических удобрений (навоза) Горизонт содержит больше гумуса (темный фон) и лучше агрегирован поры агрегаты
Гумусово-элювиальный горизонт дерново-подзолистой почвы Гумусированные агрегаты Элювиальный морфон поры
Элювиальный горизонт (EL) дерново-подзолистой почвы Листовато-пластинчатое строение с горизонтальными порами
Текстурный горизонт (BT) дерново-подзолистой почвы Межагрегатные поры в виде тонких трещин поры агрегаты
Общий характер преобразования структурного состояния и порового пространства в основных генетических горизонтах дерново-подзолистой почвы AY Главная тенденция изменения породы в ходе почвообразования – EL формирование разного рода агрегатов из твердых частиц и связанного с их строением сложного порового пространства, BT C которое определяет удержание и передвижение воды и газов в почве.
• Состав и строение почвы, влияющие на механическую поглотительную способность почвы 1. Распределение пор по размеру – чем больше доля мелких пор, тем больше почва механически задерживает твердых частиц. 2. Сложность порового пространства – чем более извилисто поровое пространство, и чем чаще поры имеют переменный размер (то суживаются, то расширяются), тем больше почва механически задерживает твердых частиц 3. Гранулометрический состав влияет на распределение пор по размеру – чем больше ила и физической глины, тем больше доля мелких пор. 4. Агрегатный состав влияет на распределение пор по размеру - чем лучше агрегирована почва, тем больше доля крупных пор. 5. Сложение почвы определяет характер ориентации пор (хаотичный, вертикальный, горизонтальный)
Физическая поглотительная способность (синоним: адсорбция) - способность поглощать (концентрировать) вещества из объема газовой смеси или жидкости на поверхности раздела газа или жидкости с твердой фазой за счет электростатических сил и сил межмолекулярного взаимодействия. Адсорбция обусловлена наличием поверхностной энергии на границе раздела фаз.
Физическая поглотительная способность (синоним: адсорбция) В почве могут адсорбироваться: 1. Газы (азот N 2, кислород O 2, углекислый газ CO 2), когда почва находится в сухом состоянии 2. Вода 3. Гумусовые вещества – в результате образуются гумусово-глинистые адсорбционные комплексы 4. Различные растворенные неорганические и органические вещества: фосфаты, пестициды, красители и т. д.
Уравнение адсорбции Ленгмюра Садс Количество вещества, адсорбированного почвой, увеличивается до некоторого передела по мере увеличения концентрации этого вещества в почвенном растворе Смакс Садс Смакс К 1 Ср-р = 1 + К 1 Ср-р Садс – количество адсорбированного вещества, моль/кг Ср-р – концентрация вещества в растворе, моль/кг Смакс – максимальная концентрация адсорбированного К 1 - константа вещества, моль/кг
• Состав и свойства почвы, влияющие на адсорбцию (физическую поглотительную способность почвы) 1. Удельная поверхность твердых частиц почвы – это отношение общей площади поверхности твердых частиц почвы к их массе. Чем больше удельная поверхность почвы, тем больше почва может адсорбировать разных веществ. 2. Гранулометрический состав влияет на величину удельной поверхности почвы – чем больше ила и коллоидов, тем больше удельная поверхность и тем больше почва может адсорбировать разных веществ. 3. Минералогический состав влияет на качество поверхности твердых частиц почвы по отношению к адсорбции веществ. 4. Содержание и состав гумусовых веществ в почве влияют на величину удельной поверхности и качество поверхности по отношению к адсорбции веществ – чем больше гумуса, тем больше удельная поверхность.
Химическая поглотительная способность - способность осаждать растворенные в почвенном растворе вещества в виде труднорастворимых химических соединений. Труднорастворимые химические соединения, образующиеся в почве: 1. Фосфаты железа, алюминия и кальция; 2. Гидроксиды железа, алюминия, марганца и др. металлов; 3. Гуматы и фульваты разных металлов (Ca, Mg, Fe, Al, Zn, Cu и др. ) и гидроксокомплексов этих металлов (прежде всего, Fe и Al); 4. Ca. CO 3 и другие карбонаты; 5. Сульфиды многих металлов (Fe. S, Fe. S 2, Cu. S, Pb. S, Ag. S и др. )
• Состав и свойства почвы, влияющие на химическую поглотительную способность почвы 1. Наличие анионов или катионов в твердой фазе почвы, способных связывать ионы почвенного раствора в труднорастворимые соединения – чем больше таких ионов, тем больше почва может химически поглощать определенные вещества. 2. Минералогический состав определяет химический состав поверхности минеральных твердых частиц почвы, вступающих во взаимодействие с почвенным раствором. 3. Содержание и состав гумусовых веществ в почве определяют набор и количество функциональных групп на поверхности органических твердых частиц почвы, вступающих во взаимодействие с почвенным раствором. 4. Окислительно-восстановительные и кислотно-основные условия в разных частях почвы определяют возможность растворения или осаждения разных соединений.
Биологическая поглотительная способность - способность организмов, постоянно обитающих в почве, поглощать и удерживать в своих телах различные вещества и элементы. Основные механизмы, обеспечивающие биологическую поглотительную способность: 1. Избирательное поглощение и накопление биофильных элементов, необходимых для осуществления жизнедеятельности организмов: азот (N), фосфор (P), сера (S), калий (K), кальций (Ca) и др. 2. Концентрирование и удержание биофильных элементов за счет поглощения веществ из обширного пространства всей геосистемы и сосредоточения циклов малого биологического круговорота веществ в поверхностных горизонтах почвы
• Состав и свойства почвы, влияющие на биологическую поглотительную способность почвы 1. Разнообразие видового состав живых организмов – чем больше разнообразие организмов, тем более разносторонне их воздействие и механизмы поглощения и удержания химических элементов и веществ. 2. Количество живых организмов и их общая биомасса определяют количество поглощаемых и удерживаемых веществ и элементов. 3. Срок жизни и плодовитость организмов в почве определяют интенсивность и напряженность потоков биологического круговорота химических элементов, проходящих через почву.
Физико-химическая (обменная) поглотительная способность (синоним: ионный обмен) - способность почвы к обратимому и эквивалентному обмену ионами одного знака (+ или -) между почвенным поглощающим комплексом (ППК) и почвенным раствором. Почвенный поглощающий комплекс (ППК) – совокупность минеральных, органических и органоминеральных веществ твердой фазы почвы, содержащих ионы (катионы и/или анионы), которые способны обмениваться с ионами окружающего раствора. Различают катионный обмен (т. е. обмен положительно заряженными ионами – катионами) и анионный обмен (т. е. обмен отрицательно заряженными ионами – анионами)
Частица глинистого минерала Катионный обмен - раствор Расстояние от поверхности частицы
Катионный обмен Обменные катионы (устаревшие синонимы: поглощенные катионы) – это катионы, входящие в состав ППК, которые могут быть замещены катионами другого рода при взаимодействии с нейтральными растворами солей. Емкость катионного обмена (ЕКО) - это сумма всех обменных катионов, которые можно вытеснить из почвы - это максимальное количество катионов одного рода, удерживаемых почвой в обменном состоянии, т. е. способных к обмену с катионами другого рода при взаимодействии с раствором в определенных условиях - это количество отрицательных зарядов на поверхности частиц ППК, отнесенных к единице массы частиц.
Единицы измерения содержания обменных катионов и емкости катионного обмена (ЕКО) Международная система единиц СИ смоль(экв)/кг - сантимоль (эквивалента) на килограмм Устаревшая единица измерения: мг-экв/100 г почвы – миллиграмм-эквивалент на 100 грамм почвы Их соотношение: 1 смоль(экв)/кг = 1 мг-экв/100 г почвы Содержание обменных катионов часто указывают в относительных единицах - % от ЕКО
Главные обменные катионы в почвах: Ca 2+, Mg 2+, Na+, K+, H+, Al 3+ Обменный Са 2+ стабилизирует агрегатное и гумусовое состояние почвы Обменный Mg 2+ (в больших количествах) дестабилизирует агрегатное состояние почвы и вызывает потечность гумуса Обменный Na+ разрушает агрегаты, разъединяя частицы и растворяя гумус Обменные H+ и Al 3+ определяют обменную кислотность почвы, дестабилизируют агрегатное состояние почвы Обменный K+ является главным источником калия, легко доступного растениям и микроорганизмам
Диапазон значений ЕКО компонентов почвы Величина емкости катионного обмена (ЕКО) зависит от содержания илистых, коллоидных частиц и гумуса На величину ЕКО влияет минералогический состав илистой фракции (состав глинистых минералов)
Диапазон значений ЕКО почв Самая низкая величина емкости катионного обмена (ЕКО) в песчаных почвах, не содержащих гумуса В гумусовых горизонтах глинистого гранулометрического состава ЕКО обычно превышает 30 смоль(экв)/кг.
Скачать презентацию Почвоведение Лекция 4. Поглотительная способность почвы Константин
лекция04_Поглотительная способность-почвы.ppt