Приемы регулирования теплового режима почв.

Все приемы активного влияния на тепловой режим почв делятся на агротехнические (прикатывание, гребневание, оставление стерни, мульчирование), агромелиоративные (орошение, осушение, лесные полосы, меры борьбы с засухой) и агрометеорологические (приемы, снижающие излучение тепла из почвы, меры борьбы с заморозками). Воздействие агромелиоративных приемов на тепловой режим наиболее устойчивое и радикальное. Лесные полосы препятствуют стоку воды с территории, способствуют накоплению снега, изменяют микроклимат местности. На тепловой режим почв существенно влияет орошение, осушение, применение больших доз органических удобрений. Создание гребнистой поверхности способствует лучшему прогрева­нию почвы, обеспечивает большую аккумуляцию рассеянной радиации, улучшает конвективный тепловой обмен воздуха с почвой и тем самым создает условия для повышения морозостойкости растений во время ра­диационных заморозков. Глубина основной обработки существенно влияет на тепловой режим почвы. Благодаря пахоте создается резкая неоднородность почвы по глубине - изменяются плотность и влажность, общая пористость и пористость аэрации. Температуру почвы можно значительно изменить прикатыванием, мульчированием(покрытие поверхности почвы различным материалом). Воздействует на температурный режим почвы снегозадержание. Распространенным агрометеорологическим приемом яв­ляется создание дымовых завес, снижающих излучение тепла из почвы и предохраняющих растения от заморозков. Притенение поверхности почвы расстановкой щитов, покрытием соломой и другими материалами уменьшает приток тепла и защищает слабые всходы от палящих солнечных лучей.

 

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Назовите и охарактеризуйте источники тепла в почве.

2. Как проявляется влияние отдельных факторов на формирование теп­ловых свойств почвы?

3. Дайте характеристику типам теплового режима почв.

4. Какими приемами осуществляется регулирование теплового режима почв?

 

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Панков М.А. Почвоведение. – Ташкент, 1970, с. 176-183

2.Почвоведение / Под ред. И.С. Кауричева.- М.: Колос, 1975, с. 158-166

3.Почвоведение / Под ред. В.А. Ковды.- М.: Высшая школа, 1988, с. 229-234

4.Почвоведение / Под ред. И.С. Кауричева и др.- М.: Агропромиздат, 1989, с. 230-243

Лекция №8

Почвенные коллоиды. Поглотительная способность почв

Цель - дать студентам понятие значении почвенных коллоидов и поглотительной способности почв

Ключевые слова: почва, состав, коллоиды, поглотительная способность почв, поглотительная способность почв

Вопросы:

1. Почвенные коллоиды

2. Поглотительная способность почв.

Почвенные коллоиды.

Важнейшая особенность почвы — ее гетерогенность и многофазность. Благодаря этим свойствам большинство про­цессов, протекающих в почвах, включая питание растений, миграцию и аккумуляцию вещества, формирование ха­рактерных признаков твердой фазы почвы и др., связано с перераспределением вещества между фазами почвы. По­глощение газов, паров и растворенных веществ твердыми те­лами. и жидкостями называется сорбцией.

Почва — сложная полидисперсная система, состоящая изчастиц различной величины. Почвенные коллоиды пред­ставлены частицами, диаметр которых лежит в пределах 0,0001—0,0200 нм. Их количество в почве различно—от 1—2 до 30—40 % к массе почвы. Однако даже при незна­чительном содержании в почве частиц коллоидного размера именно они главные носители сорбционных свойств почвы.

Природа поверхностей почвенных коллоидов зависит от их состава и строения. Общая схема строения коллоидной частицы (мицеллы) дана на рисунке.

Коллоиды в почве представлены минеральными, органическими и органо-минеральными соединениями.

К минеральным коллоидам относят глинистые минералы, коллоидные формы кремнезема и полутораоксиды.

Поверхность глинистых минералов может нести отрица­тельный заряд вследствие нарушения связей на краях крис­таллов, изоморфных замещений в сетках тетраэдров и окта­эдров.

Отрицательный заряд у кристаллических глинистых минералов не зависит от рН. Коллоиды, несущие только отрицательный заряд, называют ацидоидами, а не­сущие только положительный заряд — базоидами.

Органические коллоиды почвы представлены преимущест­венно веществами гумусовой и белковой природы. Кроме того, в почвах могут быть полисахариды и другие соеди­нения, находящиеся в коллоидно-дисперсном состоянии. И те и другие—амфолитоиды, однако у гумусовых ве­ществ вследствие более выраженной кислотной природы более сильно, чем у белков,, проявляются свойства ацидоидов. Базоидные свойства органических коллоидов связаны с наличием в них активных аминогрупп. Для гумусовых коллоидов характерна высокая емкость катионного обме­на, достигающая 400—500 м-экв. на 100 г и более воздушно-сухого препарата.

Органические коллоиды находятся в почве преимущест­венно в осажденном состоянии вследствие связывания с поливалентными катионами (в виде гелей). Их п е п т и з а ц и я, т. е. переход в состояние коллоидного раствора (золя), происходит под влиянием щелочей за счет образо­вания гумусовых солей щелочных металлов.

Органо-минеральные коллоиды представлены преиму­щественно соединениями гумусовых веществ с глинистыми минералами и осажденными формами полутораоксидов.

По степени сродства к воде различают гидрофиль­ные (высокое сродство) и гидрофобные (низкое сродство) коллоиды. Гидрофобные свойства почвенным коллоидам, проявляющиеся, в частности, в пониженной смачиваемости, могут придавать органические вещества типа липидов, если они покрывают поверхность почвенных частиц. Известно, что гидрофильность почвенных коллои­дов снижается при переосушке торфяных почв. Это умень­шает их смачиваемость и ухудшает водно-физические свойства.

 

Схема мицеллы (по Н. И. Горбунову).

 

Поглотительная способность почв

Согласно К. К. Гедройцу, под поглотительной способностью следует понимать способность почвы задер­живать «соединения или части их, находящиеся в раство­ренном состоянии, а также коллоидально распыленные частички минерального и органического вещества, живые микроорганизмы и грубые суспензии».

Совокупность компо­нентов почвы, участвующих в процессах поглощения, К. К. Гедройц назвал почвенным поглощаю­щим комплексом, или сокращенно ППК. Основ­ную часть ППК составляют почвенные коллоиды. К. К. Гед­ройц выделил 5 видов поглотительной способности: меха­ническую, физическую, физико-химическую или обмен­ную, химическую и биологическую.

Механическая поглотительная способность - это свойство почвы, как всякого пористого тела, задерживать в своей толще твердые частицы крупнее, чем система пор.

Физическая поглотительная способность - изменение концентрации молекул рас­творенного вещества на поверхности твердых частиц почвы. Одним из видов физического поглощения является моле­кулярная сорбция, которая может быть обуслов­лена ван-дер-ваальсовым или другими видами физического взаимодействия молекул с разнородной поверхностью твер­дой фазы почвы. В настоящее время относительно хорошо изучена сорбция почвой дипольных молекул воды, многих газов, органических соединений, в том числе пестицидов. Физическое поглощение всех перечисленных соединений играет важную роль в стабилизации свойств почвы, выпол­нением ею важных санитарно-защитных функций.

К физическому поглощению К. К. Гедройц относил отрицательную сорбцию почвой хлоридов и нитратов, сущность которой сводится к снижению кон­центрации электролита в пределах «нерастворяющего объе­ма молекулярно-сорбированной воды», вследствие чего концентрация электролита в объеме несорбированной воды возрастает.

Физико-химическая поглотительная способность - состоит в свойстве почвы обменивать некоторую часть катионов, содержащихся в твердой фазе на эквивалентное количество катионов почвенного раствора. Катионный обмен в почве протекает по схеме

ППК ]Mg+5KCl - ППK]5K+ MgCl₂+HCI

Физико-химическое поглощение в почвах - ионообменная сорбция или обмен катионов в почвах, для которого характерны эквивалентность и полная обратимость.

Химическая поглотительная способность (или хемо-сорбция) в почвах - состоит в образовании труднорастворимых осадков при взаимодействии отдельных компонентов почвенного раст­вора. В этом случае имеет место образование новой твердой фазы.

Сюда относятся:

- образование осадков на поверхностях поч­венных частиц при взаимодействии ионов, способных к взаимному осаждению, один из которых находится в погло­щенном состоянии (например, обменно-сорбированные ка­тионы) - сорбция осадоч­ная.

- комплексообразовательная сорбция поливалент­ных катионов из почвенного раствора при их взаимодейст­вии с сорбированным органическим веществом за счет обра­зования координационных связей. При образовании соединений данного типа значительная роль принадлежит адгезионным взаимодействиям минеральных и гумусовых компонентов. Под адгезией понимают склеива­ние поверхностей различного состава и строения под дейст­вием разнообразных сил. Велика роль адгезионных процессов при формировании почвенной структуры.

Химическая поглотительная способность имеет большое значение в сорбции почвами анионов фосфорной кислоты, органического вещества, а также катионов поливалентных металлов за счет комплексообразования на органических поверхностях твердой фазы почвы.

Биологическая поглотительная способность выражается в поглощении почвенной биотой и корнями растений ве­ществ из почвенного раствора. Процессы биологического поглощения, изменяя концентрацию и состав почвенного раствора, существенно влияют на многочисленные сорб-ционные равновесия, складывающиеся в почве, и состояние сорбционного комплекса почвы.

Поглотительная способность и ее роль в генезисе и плодородии почв

1. Формирование свойств почвенных коллоидов, а также физических и фи­зико-механических свойств почвы. Известно, что в резуль­тате сорбции органических веществ изменяется гидрофильность почвенных коллоидов. Изменение состава обменных катионов приводит к возрастанию пептизируемости коллои­дов при увеличении в составе ППК. доли ионов щелочных металлов или, наоборот, к их коагуляции при увеличении в составе ППК доли 2- и 3-валентных катионов.

2. Состояние и свойства почвенных коллоидов влияют на агрегатообразование, порозность, плотность почвы, а также ее физико-механические свойства, такие как лип­кость, пластичность и др.

3. Формировании микроморфологических признаков почв. На­пример, накопление так называемой глинистой плазмы связано с проявлением процессов механического поглоще­ния и адгезни.

4. Закреп­ление элементов минерального питания в корнеобитаемом слое почвы. Благодаря сорбции эти элементы активно не вымываются из почвенных горизонтов, а, наоборот, акку­мулируются в них и используются растениями.

Таким образом, сорбционные процессы, оказывая влия­ние на аккумуляцию биофильных элементов и гумуса в поч­ве, на формирование ее химических, физико-химических, физических и физико-механических свойств, играют исклю­чительно важную роль в плодородии почвы.

Состав обменных катионов, кислотность, щелочность и буферность почв

Различные почвы существенно отличаются друг от друга по составу катионов, находящихся в обменном состоянии. Помимо указанных в таблице, в составе ППК находятся практически все катионы, необходимые для питания растений: К⁺, NH₃⁺, микроэлементы, но их доля в сумме обменных катионов невелика, порядка нескольких процентов.

Общее содержание всех обменных катионов, кроме Н⁺ и Al ^з+, называют суммой обменных основа­ний. В зависимости от наличия в составе ППК ионов водорода и алюминия различают почвы насыщенные (Н⁺ и Al ^з+ отсутствуют) и н е н а с ы щ е н н ы е осно­ваниями.

Состав обменных катионов зависит от типа почвообразо­вания, состава материнской породы, иногда от состава грунтовых вод, если последние залегают близко к поверх­ности. Состав поглощенных катионов пахотных почв в оп­ределенной степени можно регулировать с помощью средств химизации в направлении повышения плодородия.

Наилучшие условия для питания растений создаются при преобладании в составе ППК Са²⁺ и катионов, необхо­димых для питания растений. Неблагоприятные условия возникают при наличии в ППК значительных количеств обменных Н⁺ и Al ^з+ (кислые или ненасыщенные основания­ми почвы), а также Na'¹', часто в сочетании с повышенным содержанием Mg²"¹" и присутствием в почве свободных кар­бонатов щелочных и щелочноземельных металлов (солон­цы, щелочные почвы). Ионы Н⁺ и Al ^з+ частично переходя в почвенный раствор, могут создавать значительную кис­лотность. Ионы алюминия подкисляют почвенный раствор вследствие гидролиза солей алюминия

Al₂О₃ +3Н₂О —>; А1(ОН)₃+3НС1.

Кислотность почв — это способность почвы подкислять почвенный раствор или растворы солей вследствие наличия в составе почвы кислот, а также обменных ионов водорода и катионов, образующих при их вытеснении гидролитиче­ски кислые соли (преимущественно А1³⁺). Различают актуальную кислотность, определяемую зна­чением рН почвенного раствора или водной вытяжки, и потенциальную кислотность, носителем кото­рой являются ионы Н⁺ и Al ^з+, находящиеся в твердой фазе почвы в обменно-поглощенном состоянии, но подкисляю­щие почвенный раствор в результате обменных реакций при увеличении в нем концентрации электролитов (напри­мер, при внесении в почву удобрений).

Щелочность почв. Различают актуальную и потенциаль­ную щелочность.

Актуальная щелочность определяется со­держанием в почвенном растворе или водной вытяжке гид­ролитически щелочных солей, преимущественно карбонатов и гидрокарбонатов щелочных и щелочноземельных металлов (Na₂CO₃, NaHCО₃, Са(НСО₃)₂).

Потенциальная щелочность почв опре­деляется содержанием обменного Na⁺, поскольку послед­ний в определенных случаях может переходить в почвен­ный раствор, подщелачивая его.

Буферность почв. С процессами ионного обмена связано такое важное свойство почв, как их буферность. Если в почвенный раствор ввести какую-либо соль (химический мелиорант, удобрение), то благодаря процессам ионного об­мена изменение концентрации почвенного раствора по вво­димым ионам не будет соответствовать введенному количе­ству вещества. Таким путем ППК выполняет важную функ­цию регулятора концентрации почвенного раствора. Спо­собность почвы противостоять изменению концентрации почвенного раствора называется буферной способностью поч­вы.