Катионный и анионный обмен в почвах

Существует тесная связь между содержанием в почвах катионов некоторых химических элементов и основными свойствами почв. Содержание таких катионов, как Na+, K+, NH4+ и плодородием почв. Количество протонов водорода H+, ионов гидроксония H3O+ и Al3+ влияет на кислотные свойства почв.

При этом, нам интересно отметить, что на содержание тех или иных катионов, будут оказывать влияние, в той или иной степени, напрямую или опосредованно, все эти факторы, а именно:горные породы,живые рганизмы,климат,рельеф,время, антропогенная деятельностьОднако, химический состав и практически все свойства почвы, особенно связанные с плодородием (общие запасы и формы доступных веществ, поглотительная способность) будут зависеть в подавляющей степени от минералогического состава почвы.

Отношения между обменными катионами ППК не совпадают с отношениями между аналогичными катионами, содержащимися в составе почвенного раствора. Иными словами, ионный обмен протекает селективно. Предпочтительнее поглощаются катионы с более высоким зарядом; при равенстве зарядов — с большей атомной массой.В соответствии с этой закономерностью, ионы располагаются в такой последовательности: одновалентные — Li7 < Na23 < (NH4)18 < K39 < Pb89; двухвалентные — Mg27 < Ca40 < Co59 < Cd112; трехвалентные — Al27 < Fe56. Катионы водорода H+ и гидроксония H3O+ сорбируются аномально прочно, благодаря их малым размерам и способностью давать слабодиссоциированные соединения. Однако, индивидуальные свойства компонентов ППК способны несколько нарушать данную закономерность. К примеру, монтмориллонит поглощает больше калия, чем протонов водорода, а каолинит — наоборот. Также следует упомянуть две другие закономерности катионного обмена:эквивалентность обмена, обратимость обмена — любой катион может быть вытеснен из ППК любым катионом почвенного раствораИтак, рассуждая о роли заряженных частиц в составе почвы, можно утверждать, что катионы являются одним из непосредственных, основных источников минерального питания растений; а значит оказывают влияние на плодородие почв; в составе ППК они влияют на реакцию среды и ее водно-физические свойства, такие как плотность, водопроницаемость, водоотдачу, доступность почвенной влаги и оструктуренность.В составе обменных катионов всех почв присутствуют Ca2+ и Mg2+, в небольших количествах также K+ и NH4+. В подзолистых почвах содержится некоторые количества H+ и Al3+, а в солонцах Na+.В зависимости от состава обменных катионов почвы подразделяют на насыщенные и ненасыщенные основаниями. В почвах, насыщенными основаниями, в составе обменных катионов присутствуют Ca, Mg, Na и при этом нет H и Al. К такому типу почв относятся черноземы, каштановые почвы, сероземы, коричневые почвы, солонцы и солончаки. В почвах, ненасыщенными основаниями, содержатся Ca, Mg, H и Al — это подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные, бурые лесные почвы, красноземы и желтоземы.Почвы, наиболее насыщенные кальцием, а именно черноземы, имеют близкую к нейтральной реакцию среды; коллоиды в них находятся в состоянии необратимых гелей и не могут подвергаться пептизации при избытке влаги. Черноземы хорошо оструктурены, обладают благоприятными физическими свойствами.Почвы, содержащие в составе ППК большое количество Na, солонцы, имеют щелочную реакцию среды, коллоиды легко пептизуются; почвы плохо оструктурены, обладают неблагоприятными физическими свойствами.

При наличии в ППК значительных количеств обменных катионов H+ и Al3+ в результате кислотного гидролиза коллоиды достаточно легко разрушаются и при этом ухудшается структурное состояние почвы.