Почвенные коллоиды их строение состав и свойства

Подавляющая часть почв, за исключением примитивных и слаборазвитых почв на скальных породах и некоторых специфических типов почв преимущественно в горных районах, формируется на рыхлых отложениях, которые являются продуктами выветривания и представляют собой смесь минеральных частиц различной крупности, называемых механическими элементами. Механические элементы представлены мономинеральными зернами или полиминеральными обломками горных пород и органическими и (или) органо-минеральными гранулами. Существование и целостность механических элементов определяется силами молекулярных взаимодействий.

Гранулометрическим составом почвы называют массовое соотношение (относительное содержание в процентах) в ее составе твердых частиц разной крупности, выделяемых в пределах непрерывного ряда определенных групп крупности (гранулометрических фракций).

Гранулометрический состав почв в значительной степени унаследован от соответствующих породообразующих (материнских) горных пород и в своих основных чертах остается стабильным в процессе почвообразования.

При почвообразовании на плотных скальных горных породах протекающее одновременно с ним выветривание приводит к физическому дроблению породы на механические элементы разной крупности. Гранулометрический состав продуктов выветривания (элювия) плотных пород тесно связан с их минералогическим составом: кислые, богатые кварцем породы дают при выветривании много крупнодисперсного песчаного материала; элювий основных, богатых легко выветривающимися материалами пород обогащен глинистыми тонкодисперсными частицами. Элювий известняков и мергелей обычно имеет глинистый состав.

Частицы разной крупности имеют обычно различный минералогический, и, следовательно, химический состав. Крупные частицы большей частью представлены кварцем, пылеватые - кварцем и полевыми шпатами, тонкодисперсные - вторичными глинистыми материалами.

Механические элементы в почвах не только наследуются от исходной материнской породы, но и образуются в процессе почвообразования. Поэтому почвенные механические элементы могут быть первичными (унаследованными) либо вторичными (новообразованными).

Наиболее существенные отличия в свойствах частиц лежат на границе около 0,001 мм. У частиц мельче этого размера, т.е. илистых и в особенности коллоидных, в силу высокой дисперсности и особого химико-минералогического состава (преобладание глинистых минералов и гумуса) ярко выражены поглотительная способность и способность к коагуляции с образованием почвенных агрегатов. Эти особенности способствуют созданию благоприятных физических свойств почв в целом; однако, если илистые частицы существуют в почве преимущественно вне агрегатов, это резко снижает ее воздухо- и водопроницаемость.

Во фракциях крупнее 0,001 мм поглотительная способность практически не выражена, так как они представлены преимущественно обломками первичных минералов и содержат ничтожное количество органического вещества (за исключением фракции 0,005-0,001 мм, содержащей некоторую примесь глинистых минералов и гумуса в силу ее переходного к илу характера). Фракция пыли в интервале 0,05-0,005 мм способствует распылению почвы в сухом состоянии и заплыванию во влажном; при значительном содержании этих фракций вне агрегатов водно-физические свойства почв ухудшаются. Фракции песка (1-0,05 мм), целиком представленные обломками пород и минералов, совершенно лишены поглотительной способности, однако при значительном содержании они обеспечивают хорошую воздухо- и водопроницаемость почв.

Взаимосвязь кислотности и буферности почвы

Характерным свойством почвы является ее реакция. Она проявляется при взаимодействии почвы с водой или растворами солей и зависит от соотношения свободных ионов Н+ и ОН- в почвенном растворе. Кислотно-щелочные условия обусловлены типом почв, их подтиповыми, родовыми различиями и могут колебаться в широких пределах. Концентрация свободных ионов Н+ выражается величиной рН, представляющей собой отрицательный логарифм концентрации ионов водорода: рН = 7 - нейтральная реакция; рН  7 - кислая; рН  7 - щелочная. Показатель рН почвенного раствора в различных почвах колеблется от 3,5 до 8-9 и выше. Наиболее кислая реакция у болотных почв верховых торфяников, у подзолистых и дерново-подзолистых почв рН меняется от 4 до 6, у черноземов реакция близка к нейтральной, наиболее щелочная реакция у солончаков, особенно содовых (рН от 8-9 и выше). Для сельскохозяйственных растений наиболее благоприятна слабокислая или слабощелочная реакция; наименее благоприятна сильнокислая и особенно сильнощелочная.

Реакция почвы (кислотность, щелочность) в сильнейшей степени зависит от того, какие вещества поглощены ею. Если в ППК поглощены водород или алюминий, реакция будет кислой, если натрий - щелочной; почва, насыщенная кальцием, будет иметь нейтральную реакцию.

Кислотность почв связана с содержанием ионов водорода и выражается в способности почвы подкислять воду и растворы нейтральных солей. Для почвенного раствора характерна актуальная кислотность, для твердой фазы почвы - потенциальная. В почве сохраняется подвижное равновесие ионов водорода твердой фазы и почвенного раствора, но доминирует кислотность твердой фазы почвы.

Актуальная кислотность представляет собой концентрацию ионов H+ в почвенном растворе и выражается величиной pH. Жизнь животных и растений может протекать при pH от 2,5-3 до 10-10,5. За пределами этих концентраций ионов водорода проявление жизни крайне ограничено. Величина pH является наиболее устойчивым генетическим показателем конкретной почвы

Потенциальная кислотность обусловлена количеством обменных ионов H+ и Al3+ в составе почвенного поглощающего комплекса. Источником обменного иона H+ являются органические кислоты, образующиеся при разложении и гумификации органических остатков, а также угольная кислота. Обменный Al3+ вытесняется в раствор из кристаллической решетки глинистых минералов при взаимодействии с растворами солей. Выделяемые в раствор катионы H+ и Al3+ подкисляют его:

[ППК-]H+ + KCl [ППК-]K+ + HCl;

[ППК-]Al3+ + 3KCl [ППК-]3K+ + AlCl3.

Образующаяся в растворе соль хлористого алюминия относится к категории гидролитически кислых солей и в водном растворе расщепляется на кислоту и основание:

почва буферность кислотность река

AlCl3 + 3H2O Al(OH)3 + 3HCl.

Кислотность является резко отрицательным свойством почвы, так как она угнетает развитие большинства культурных растений, усиливает разрушение минералов почвы, вызывая оподзоливание последней. Кроме того, катионы алюминия в почвенном растворе токсичны для растений.