11. Коагуляция и пептизация почвенных коллоидов(примеры)

• Название: 11. Коагуляция и пептизация почвенных коллоидов(примеры)
• Дата: 05.01.2022
• Размер: 47.11 Kb.
• Имя файла: pochva_kollokvium.docx
• Тип: Документы; #324197

11. Коагуляция и пептизация почвенных коллоидов(примеры).

Почвенные коллоиды – частицы диаметром от 0,2 до 0,001 мкм. Образуются при диспергировании крупных частиц или при конденсации вследствие физического или химиеского соединения молекул.

Накопление в почве элементов питания растений связано с поглотительной способностью почв. Поглотительная способность почвы - способность поглощать жидкости, газы, солевые растворы и удерживать твердые частички, а также живые микроорганизмы.

По происхождению почвенные коллоиды бывают минеральные, органические и органо-минеральные.

Минеральные коллоиды образуются при выветривании горных пород. Это глинистые минералы, коллоидные формы кремнезема и полуторные оксиды.

К органическим коллоидам относятся гумусовые вещества почвы, сформированные в процессе гумификации растительных и животных остатков.

Органо-минеральные коллоиды образуются при взаимодействии минеральных и органических коллоидов.

В различных почвах содержание коллоидов составляет от 1...2 до 30...40 % массы почвы. Наибольшее количество коллоидов отмечено в глинистых и суглинистых почвах с высоким содержанием гумуса, наименьшее — в песчаных и супесчаных почвах, бедных гумусом.

Строение коллоидной частицы (мицеллы). Ядро мицеллы — это внутренняя ее часть, состоящая из недиссоциированных молекул. Оно может быть аморфным или кристаллическим. На поверхности ядра находится двойной электрический слой ионов, соприкасающийся с дисперсной средой (почвенным раствором): внутренний — потенциал определяющий слой неподвижных ионов, прочно связанных с ядром, и внешний — компенсирующий слой ионов, имеющий противоположный заряд.



Заряд коллоидной мицеллы определяют ионы, связанные с поверхностью ядра. Этот заряд возникает в результате диссоциации молекул на поверхности ядра. Например, молекулы гидроксида алюминия Аl(ОН)з, составляющие ядро мицеллы, в кислой среде диссоциируют на ионы Al(OH)₂⁺ и ОН^-, а в щелочной — на АlO(OН)₂^- и Н⁺. Сложные ионы удерживаются на поверхности ядра и определяют знак заряда коллоидной мицеллы. Поэтому коллоидная частица гидроксида алюминия в кислой среде имеет положительный заряд, а в щелочной — отрицательный.

Коагуляция и пептизация коллоидов. Коллоиды могут находиться в двух состояниях: золя (коллоидного раствора) и геля (коллоидного осадка).

Коагуляция - процесс перехода коллоидов из состояния золя в состояние геля. Слипание коллоидов в агрегаты происходит под влиянием электролитов. Коагуляция ацидоидов вызвана катионами электролита, базоидов — анионами. При высушивании или замораживании почвы наблюдаются дегидратация (обезвоживание) гидрофильных коллоидов и повышение концентрации электролита почвенного раствора, что также вызывает коагуляцию коллоидов.

При коагуляции коллоидов происходит склеивание элементарных почвенных частиц в комочки, в результате чего улучшаются физические свойства почвы. Коагуляцию вызывают двухвалентные катионы, особенно Са²⁺. - он способствует образованию структуры и уменьшает кислотность почв.

Пептизация — это обратный процесс коагуляции, при котором коллоиды переходят из геля в золь. Пептизация происходит при воздействии растворов щелочных солей. Например, под влиянием одновалентного катиона натрия наблюдается усиленная гидратация коллоидов и переход их в состояние золя. При пептизации почвенных коллоидов разрушается ценная структура и ухудшаются свойства почвы.

Роль коллоидов в почве исключительно велика: от содержания коллоидной фракции зависят связность, водопроницаемость, буферность и другие свойства почвы.

12. Поглотительная способность почв.

К. К. Гедройц выделил 5 видов поглотительной способности: биологическая, механическая, физическая, физико-химическая (обменная) и химическая.

Биологическое поглощение - способность почвенных микроорганизмов и растений усваивать из почвы и воздуха различные вещества и переводить их в органические соединения своего тела. Носит избирательных характер. Значение ПСП: -накопление элементов питания, -перевод элементов в органическую форму и в гумус, - фиксация азота из атмосферы.

Механическое поглощение - свойство почвы задерживать твердые частицы , поступающие с водой или воздухом, размер крупнее почвенных пор.

Причины ПСП: -ГМС, -Плотность сложения частиц, -от деаметра пор(чем больше поры в почве, тем ниже поглатительная способность) ,- от наличия серых пор, -от содержания гумуса.

Значение:

+ не вымываются из частиц

- образование элювиальных горизонтов.
Физическое поглощение – связана с поглащением почвами молекул веществ.

Причины ПСП: -ГМС, -плотность сложения (чем плотнее, тем больше пошглащается), - с содержанием гумуса.

Химическое поглощение. -образуются труднорастворимые или нерастворимые в воде соединения, которые выпадая в осадок, закрепляются в почве. Влияет на внесение фосфора как удобрение.

Физико-химическое (обменное) поглощение - способность почвы поглащать и обменивать катионы и анионы, находящиеся на поверхности калоидных частиц. На равное количество почвенного раствора. 2 фазы: твердая, жидкая. Пример: гипсование. Зависит от состава ГМС, содержания гумуса, от структуры почвы, от реакции среды почвенного раствора.

Для обменной поглотительной способности характерны следующие закономерности:

1. Обмен между катионами ППК и почвенного раствора происходит в эквивалентных количествах. Это значит, что количество поглощенных катионов в эквивалентах равно количеству эквивалентов катионов, вытесненных в почвенный раствор. В почвах всегда существует динамическая система, равновесие которой нарушается изменением концентрации катионов в дисперсионной среде.

2. Энергия поглощения определяется радиусом негидратированного катиона: чем меньше радиус, тем слабее связывается ион. Это объясняется большей плотностью заряда, а следовательно, большей гидратиро- ванностью иона. В связи с этим в ряду разновалентных катионов энергия поглощения возрастает с увеличением валентности: К⁺ < Са²⁺ < Ее³⁺. Внутри рядов ионов одной валентности энергия поглощения увеличивается с возрастанием атомной массы: ⁷1Л < ²³Иа < ³⁹К; ²⁷1У^ < ⁴⁰Са < < ⁵⁹Со < ¹¹²Сб; ²⁷А1 < ⁵⁶Ее. Ион Н⁺, или ион гидроксония Н₃0⁺, сорбируется аномально прочно в связи с его малым размером. Практическую сущность закономерности можно иллюстрировать следующим примером. Суспензия чернозема в соотношении 100 г почвы и 500 г воды из 50 мл 0,1 н. раствора поглощает КС1 — 2,5 мэкв, а РеС1₃ — 8,0 мэкв. В то же время катионы, обладающие большой энергией поглощения, прочнее удерживаются в поглощенном состоянии и труднее замещаются.

3. На поглощение почвой катионов большое влияние оказывает их концентрация в почвенном растворе: чем больше тех или иных катионов в растворе, тем с большей силой они будут поглощаться и вытеснять из ППК другие катионы и занимать преобладающее место. Следовательно, ряд катионов по степени поглощения имеет значение только в условиях эквивалентных концентраций.


13. Емкость катионного обемна. От чего зависит емкость катионного обмена? Изменяется ли она?

Важнейшей характеристикой почвенного поглощающего комплекса и почвы в целом является емкость катионного обмена (ЕКО). По К.К.Гедройцу, емкость поглощения определяется как сумма всех обменных катионов, которые можно вытеснить из данной почвы. Величину емкости катионного обмена выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы или ее фракции.

Емкость катионного обмена зависит: 

- от pH взаимоде-го с почвой раствора,

-от гранулометрического состава почвы и строения веществ, входящих в состав почвенного поглощающего комплекса,

-от числа отрицательных зарядов, приходящихся на единицу массы или поверхности ППК

Наибольшей емкостью обладают гумусовые вещества, для которых особенно сильно выражена зависимость ЕКО от рН. В нейтральной и кислой средах в реакциях обмена участвует водород только карбоксильных групп. В щелочной среде диссоциируют также фенольные группы и некоторые другие гидроксилы, что резко увеличивает ЕКО. Надо иметь в виду, что карбоксильные группы гумусовых кислот неодинаковы. Константы диссоциации групп СООН зависят от их положения в молекуле и ближайшего окружения.

В обогащенных гумусом горизонтах почв величина ЕКО обусловлена в значительной мере органическими веществами. По данным М.А. Винокурова, емкость органической части почвы в 10—30 раз превышает ЕКО минеральной части, и при содержании гумуса около 5—6 % на его долю приходится 30—60 % ЕКО.

22. Формы воды в почве, водный свойства почв.

По характеру связи с твердой фазой почвы и степени подвижности воды различают следующие ее формы в почве: химически связанная, физически связанная, твердая, парообразная, свободная, гравитационная и грунтовая.

Химически связанная вода подразделяется на конституционную и кристаллизационную. Конституционная вода входит в состав минералов в виде гидроксильных групп, а кристаллизационная вода входит в структуру минералов в виде целых молекул, например гипса (CaS0₄ • 2Н₂0).

Сорбированная вода удерживается на поверхности почвенных частиц силами сорбции и подразделяется на гигроскопическую и пленочную.

Гигроскопическая вода образует на поверхности почвенных частиц слой толщиной в 2...3 молекулы. Эта вода недоступна для растений, так как всасывающая сила корней меньше силы, удерживающей воду на поверхности почвенных частиц.

Пленочная вода покрывает частицы почвы в виде пленки, состоящей из нескольких десятков молекул воды, и удерживается доп сорбционными силами.

Твердая вода образуется образуется из жидкой при низкой температуре:ив крупных порах вода замерзает при температуре, близкой к 0, а в тонких – ниже 0.
Парообразная вода содержится в виде водяного пара в почвенном воздухе. При понижении температуры парообразная вода, конденсируясь, может переходить в жидкую.

Свободная (капиллярная) вода передвигается в почве под действием капиллярных и гравитационных сил, поэтому капиллярная вода заполняет тонкие поры почвы и передвигается по различным направлениям.

Различают капиллярно-подпертую и капиллярно- подвешенную воду. Капиллярно-подпертая поднимается от грунтовых вод на высоту, зависящую от водоподъемной способности почв. Капиллярно-подвешенная вода находится в верхней части почвенного профиля и не связана с грунтовым увлажнением. Капиллярная вода легкодоступна для растений и является основным источником их водного питания.

Гравитационная вода свободно передвигается сверху вниз по крупным некапиллярным промежуткам под влиянием силы тяжести (гравитации). В период нахождения в корнеобитаемом слое гравитационная вода потребляется растениями. Просачиваясь в нижние горизонты, она пополняет грунтовые воды.

Грунтовые воды залегают над водоупорным горизонтом и могут быть источником водного питания растений. Однако при близком залегании они вызывают в северных районах заболачивание, а в южных - засоление почвы.

Водные свойства почвы. Основные водные свойства почвы: водопроницаемость, водоподъемная и испаряющая способность почвы, влагосмкость.

Водопроницаемость — способность почвы пропускать через себя определенное количество воды. При низкой водопроницаемости часть атмосферных осадков или поливной воды может непроизвольно стекать по поверхности, вызывая при этом водную эрозию почвы. Чрезмерно высокая водопроницаемость песчаных почв -приводит к потере продуктивной влаги, которая быстро уходит из корнеобитаемого слоя в глубокие горизонты.

Водоподъемная способность — это свойство почвы обеспечивать восходящее передвижение воды под действием капиллярных сил. Высота и скорость подъема зависят от гранулометрического состава, структуры и пористости почвы. Подъем воды по капиллярам наиболее интенсивен при диаметре пор 0,1...0,003 мм. Высота подъема воды по капиллярам по данным В.А. Ковды колеблется от 0,5...0,8 м (в песчаных почвах) до 3...6 м (в суглинистых и глинистых).

В песчаных почвах вода поднимается невысоко, но достаточно быстро, в глинистых - медленно.

Влагоемкость почвы - способность поглощать и удерживать определенное количество воды. В зависимости от сил, удерживающих воду в почве, и условий ее удержания выделяют следующие виды влагоемкости (рис.6).

Максимальная адсорбционная влагоемкость (МАВ) - наибольшее количество воды, удерживаемое сорбционными силами на поверхности почвенных частиц. Она составляет около 60...70% от МГ.

Капиллярная влагоемкостъ (КВ) - наибольшее количество капиллярно-подпертой воды, которое может содержаться в почве над уровнем грунтовых вод. Помимо свойств самой почвы, она зависит от уровня грунтовых вод.

Предельно-полевая влагоемкость (ППВ) – количество воды, которое удерживается в полевых условиях после полного увлажнения почвы с поверхности и свободного стекания избыточной воды.

Полная влагоемкостъ (водовместимость) — наибольшее количество воды, которое может вместить почва при полном заполнении всех пор водой. Полная влагоемкость (ПВ) почвы численно равна ее пористости.

Влажность почвы подразделяется на абсолютную и относительную.

Абсолютная влажность - это общее количество воды в почве, выраженное в процентах по отошению к массе почвы.

Относительная влажность – отношение абсолютной влажности данной почвы к ее предельно-полевой влагоемкости.