Кислотность и щелочность почвы

Всякая почва обладает определенной реакцией, которая проявляется при взаимодействии с водой или растворами солей и может быть кислой, щелочной и нейтральной.

Кислотность почвы. Почвы, не насыщенные основаниями, обладают кислотностью, которая вызывается ионами водорода. В зависимости от того, в каком состоянии они находятся в почве, кислотность может быть активной, или актуальной, и потенциальной.

Под активной кислотностью понимают концентрацию свободных водородных ионов в почвенном растворе.

Источниками свободного водорода в почвенном растворе могут быть растворимые органические кислоты, образующиеся после разложения органических остатков, и углекислота, возникающая при растворении углекислого газа в воде. Углекислота, диссоциируя на Н+ и HCOj", подкисляет почвенный раствор. Активная кислотность частично вызывается и десорбцией обменных ионов водорода поглощающим комплексом.

Факторами активной кислотности в почве могут быть и некоторые минеральные соли А1 и Fe. Известно, что соли слабых оснований и сильных кислот в водных растворах гидролитически расщепляются, освобождая кислоту. Примером может служить хлористый алюминий, который при взаимодействии с водой расщепляется следующим образом:

А1С13 + ЗНаО = А1 (ОН)3 + ЗНС1.

Образующаяся при этом соляная кислота создает кислую реакцию раствора.

Эти явления наблюдаются только в почвах, не насыщенных основаниями. В почвах, насыщенных основаниями, активной кислотности нет.

Активная кислотность определяется в лабораториях в водной вытяжке из почвы. Количественно она выражается символом рН, который представляет собой отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов в почвенном растворе. При кислой реакции раствора рН меньше 7, при нейтральной равен 7, а при щелочной больше 7.

По величине рН почвы делят на следующие группы:

Сильнокислые 3—4

Нейтральные 7

Кислые 4—5,5

Щелочные 7—8

Слабокислые 5,5—6,5

Сильнощелочные 8—9

Кислую реакцию имеют подзолистые, дерново-подзолистые и болотные почвы, нейтральную — главным образом черноземы, щелочную — каштановые почвы, сероземы и солонцы.

Потенциальная кислотность обусловлена ионами водорода и алюминия, находящимися в поглощенном состоянии.

Кроме поглощенного водорода, обменную кислотность в почве создают обменнопоглощенные ионы алюминия, которые при взаимодействии с растворами нейтральных солей могут переходить в раствор.

Обменная кислотность наиболее ярко выражена в подзолистых почвах и красноземах. В почвах, имеющих слабокислую, нейтральную и щелочную реакцию, обменная кислотность не проявляется.

Водородные ионы поглощающего комплекса, вытесняемые гидролитически щелочными солями (образованными сильными основаниями и слабыми кислотами), обусловливают гидролитическую кислотность.

К гидролитически щелочным солям относятся, например, уксуснокислый натрий CH3COONa и уксуснокислый кальций Са(СН3С00)2. Эти соли в водных растворах гидролитически расщепляются на слабую кислоту и сильное основание, которое придает раствору щелочную реакцию, при этом происходит более полное вытеснение поглощенного водорода.

Для определения гидролитической кислотности в лаборатории чаще всего используют уксуснокислый натрий.

Уксуснокислый натрий в воде гидролитически распадается на щелочь и слабую уксусную кислоту:

CH3COONa + НОН = СН3СООН + NaOH.

При взаимодействии уксуснокислого натрия с подзолистой почвой натрий щелочи вступает в поглощающий комплекс и вытесняет поглощенный водород:

[почва] и + NaOH + СН3СООН = [почва] Na + Н,0 + СН3СООН.

Гидролитически щелочные соли вытесняют из поглощающего комплекса водорода больше, чем нейтральные соли. Поэтому наиболее полное представление о количестве поглощенных водородных ионов в почве можно получить на основании определения гидролитической кислотности.

Величину обменной и гидролитической кислотности почвы определяют титрованием солевой вытяжки щелочью (NaOH) и выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Обменную кислотность, кроме того, выражают в единицах рН путем определения концентрации водородных ионов в солевой вытяжке потенциомст-рически или колориметрически.

Почвенная кислотность неблагоприятна для развития растений и микроорганизмов и ведет к понижению плодородия почв. Устранение кислотности почв достигается известкованием, при котором происходит замещение поглощенного водорода на кальций:

Н г

[почва] и + Са (НС03)25: [почва] J? + 2НгО + 2С02. Н

Щелочность почвы. Почвы, в поглощающем комплексе которых находится натрий, имеют щелочную реакцию. Она обусловливается главным образом содой, образующейся в результате обмена поглощенного почвой натрия на водород углекислоты:

[почва]  + Н2С03 ?> [почва] fj + Na2C03.

Широко распространен в природе и биологический процесс образования соды. Сульфатредуцирующие бактерии восстанавливают в анаэробных условиях в присутствии органического вещества сернокислые соли натрия до Na2S, который затем превращается в соду:

Na2S04 + 2С = 2С02 +Na2S;

Na2S + С02 + НгО = Na2C03 + HaS.

Высокая щелочность резко ухудшает физические и водные свойства почвы, усиливает пептизацию коллоидов, угнетает развитие растений, нарушая ход физиологических процессов.

Для устранения щелочности проводят гипсование:

[почва] [jj + CaS04it [почва] Са + Na, S04.

Сернокислый натрий легко вымывается из почвы, так как хорошо растворим в воде.

Почвенно-поглощающий комплекс (ППК)

Поглотительной способностью обладают коллоиды (частицы 0,2 – 0,001 мкм), предколлоидная фракция 1– 0,2 мкм. Характерной особенностью их является большая удельная поверхность. Это и определяет их высокую химическую активность.

Коллоиды подразделяются на

 - минеральные

 - органические

Часть минеральных коллоидов находится в кристаллическом состоянии. Это в основном минералы.

Другая часть минеральных коллоидов представляет собой аморфные вещества: к ним относят аллофаны, свежеосажденные гидраты полуторных оксидов ( Fe(OH)₃, Al (OH)₃, Mn (OH)₃ ),  гидраты кремнезема и их комплексные осадки (коагели).

Органическая часть почвенных коллоидов – аморфные гумусовые вещества, органо-минеральные комплексы, клетки мелких бактерий.

В большинстве почв преобладают минеральные коллоиды. Они составляют 85-90% их общей массы коллоидов. При физико-химической адсорбции поглощаются отдельные ионы (катионы   и  анионы). Адсорбция связана с наличием на поверхности коллоидных частиц положительного или отрицательного зарядов. Появление заряда на поверхности коллоидов, имеющих кристаллическое строение связано с некомпенсированностью зарядов ионов кристаллической решетки, расположенных на поверхности раздела  твердая частица - раствор. Появление заряда в кристаллических и аморфных коллоидах, может быть обязано диссоциации  ионов поверхностного слоя в окружающую среду.