Тема 8. Кислотність та лужність ґрунтів

1. Види ґрунтової кислотності та лужності ґрунтів.

2. Вплив реакції ґрунтового середовища на розвиток рослин.

3. Буферність ґрунтів.

4. Регулювання катіонного складу ґрунтового поглинального складу.

Реакція ґрунтового середовища тісно пов’язана з поглинальним колоїдним комплексом ґрунтів, певним чином впливає на хід ґрунтоутворювальних процесів умови росту і розвиток рослин. Кислотність визначається наявністю і співвідношенням в ґрунтовому розчині водневих (Н ⁺ ) гідроксильних (ОН) іонів. Залежно від причин, які обумовлюють кислу реакцію ґрунтового розчину, розпізнають дві форми кислотності: актуальну та потенційну. Під актуальною (активною) кислотністю розуміють кислотність ґрунту, обумовлену наявністю в ґрунтовому розчині вільних іонів водню. Їх визначають у водній витяжці (при співвідношенні грунт - вода 1 : 2,5 ) рН н₂о.

Таблиця 7

Оптимальні інтервали рН ґрунтового розчину для деяких

рослин та мікроорганізмів

Сільськогосподарські рослини	Оптимальний інтервал рН розчину
Пшениця ( яра та озима )	6,0–7,5
Кукурудза, горох	6,0–7,0
Ячмінь	6,5–7,5
Овес, жито	5,5–7,5
Картопля	5,0–5,5
Льон	5,9–6,5
Цукровий буряк	6,7–7,5
Гречка	4,7–7,5
Бавовна	6,0–7,3
Люпин	4,5–6,0
Азотфіксуючі бактерії, гриби
Азотобактер	6,5–7,5
Бульбачкові бактерії	6,0–7,7
Різні грунтові гриби	4,0–5,0

Залежно від напрямку ґрунтоутворювального процесу джерелом вільного водню в ґрунтовому розчині можуть бути органічні кислоти, які утворюються в ґрунті внаслідок розкладу органічних решток, в також ті, що виділяються корінням рослин у процесі їх життєдіяльності. Це може бути слаба вуглекислота, а іноді й сильна сірчана кислота як наслідок окислення піриту ( Fе S₂) в болотяних ґрунтах. Актуальну кислотність визначають шляхом прямого вимірювання рН водної витяжки з ґрунту будь–якими доступними методами.

Потенційною (пасивною) називають кислотність ґрунту, яка обумовлена вмістом обмінно–увібраних іонів водню в ґрунтовому колоїдному поглинальному комплексі. В ґрунтознавстві виділяють два ступені потенційної кислотності: обмінну та гідролітичну. Обмінною кислотністю називають ту частину потенціальної кислотності, яка проявляється під час взаємодії ґрунту з розчинами нейтральних солей, наприклад КСІ, ВаСІ₂.

грунт

грунт

–Н + КСІ  –––К + НСІ

За кількістю НСІ, що при цьому виділяється, роблять висновок про величину обмінної кислотності. Обмінна потенційна кислотність може бути обумовлена також обмінно–увібраними катіонами АІ³⁺, які здатні переходити у розчин в результаті взаємодії грунту з розчинами нейтральних солей за схемою:

–

грунт

грунт

АІ + КСІ  –К + АІСІ₃

Хлористий амоній (АІСІ₃) як гідролітично кисла сіль у водному розчині гідролізується з утворенням кислоти:

АІСІ₃ + 3Н₂О = АІ (ОН)₃ + 3НСІ

Таким чином, обмінна кислотність ґрунтів може бути обумовлена іонами водню і алюмінію. Виявляється, що за взаємодії ґрунту з розчином нейтральної солі з дифузного шару міцел гумусу витісняються лише ті іони водню, які найбільш слабо утримуються карбоксильними групами двоосновних амінокислот. Тому обмінна кислотність – це лише частина потенційної кислотності ґрунтів, а другу частину складає гідролітична кислотність.

Гідролітичною кислотністю називають ту частину потенційної кислотності, яка проявляється під час взаємодії грунту з розчинами гідролітично лужних солей. Прикладом такої солі є оцтовокислий натрій СН₃СООNа, який підлягає гідролізу:

СН₃СООNа + Н₂О  СН₃СООН + NаОН

Встановлено, що під час взаємодії ґрунту з розчином гідролітично лужної солі відбувається більш повне витіснення іонів водню з колоїдного комплексу ґрунту:

грунт

грунт

– Н + СН₃СООNа  –Nа + СН₃СООН

Кількість оцтової кислоти, яка в цей час виділяється, і є мірилом величини гідролітичної кислотності, яка, звичайно, більше обмінної. Це можна пояснити, принаймні, двома обставинами. По–перше, їдкий луг NаОН, що утворюється в результаті гідролізу оцтовокислого натрію, очевидно, встигає частково пептизувати поверхню органо–мінеральних колоїдних агрегатів, розкриваючи недоступні для КСІ іонів водню. По–друге, той же їдкий луг може сприяти збільшенню рухомих іонів водню, які належать фенолгідроксильним групам.

Величину обмінної та гідролітичної кислотності ґрунтів визначають титруванням сольової витяжки лугом і виражають в мг­­–екв на 100 г ґрунту. Обмінну кислотність можна виражати також в одиницях рН сольової витяжки.

Ґрунтова кислотність шкідливо впливає не тільки на умови росту сільськогосподарських рослин, але й на агрофізичні та інші властивості ґрунту. Продукти руйнування вимиваються з верхніх горизонтів грунту водою атмосферних опадів. Такі ґрунти характеризуються низькою природною родючістю та потребують окультурювання. У комплексі заходів з окультурення кислих ґрунтів перше місце посідає вапнування. З позицій агрогрунтознавства, головна мета вапнування не стільки в нейтралізації ґрунтової кислотності, скільки в ліквідації причин цієї кислотності шляхом заміни у колоїдному комплексі ґрунту обмінно–увібраних іонів водню катіонами кальцію. Цим змінюється напрямок ґрунтоутворювального процесу від підзолистого до дернового.

Для розрахунку норм вапна найчастіше користуються величиною гідролітичної кислотності, яка в кислих ґрунтах коливається в широких межах: від 1,5 до 10,0 мг–екв на 100 г. Ґрунту. Відомі й інші способи визначення норм вапна, наприклад, за кількістю кальцію, який довбирається ґрунтом.

У природі трапляються ґрунти з лужною реакцією ґрунтового розчину. Це ґрунти солонцевого типу грунтотворення, у колоїдному комплексі яких утримується обмінно–увібраний натрій. Лужна реакція в солонцевих ґрунтах обумовлена появою соди (Nа₂СО₃ або NаНСО₃).

Внаслідок утворення та гідролізу соди рН ґрунтового розчину може досягати 9–10. Помітне підлуговування ґрунту може спричинитися з появою в ньому карбонатів кальцію, які у взаємодії з водою у присутності СО₂ переходять у гідрокарбонат:

СаСО₃ + Н₂О + СО₂  Са ( НСО₃ )₂

Це призводить, як правило, до підлуговування ґрунтового розчину (рН 8,0-8,5).

Висока лужність ґрунту, обумовлена увібраним натрієм, пригнічує розвиток рослин, сприяє пептизації ґрунтових колоїдів, що приводить до різкого погіршення агрофізичних та водних властивостей ґрунту. Такі ґрунти характеризуються низькою ефективною родючістю і потребують окультурювання.

Одним з найважливіших заходів з окультурення лужних солонцюватих ґрунтів є їх гіпсування – внесення гіпсу (СаSO₄ *2 Н₂ О ).

О.Н.Соколовський підкреслював, що ненасиченість ґрунту кальцієм потребує негайного втручання людини для підвищення родючості ґрунту та продуктивності праці в землеробстві. Але в його наукових працях є ряд положень, які розкривають суть корисності цього явища для сільського господарства та для техніки. Він неодразово звертав увагу на те, що ненасиченість ґрунтів кальцієм не завжди і не скрізь слід розглядати як негативну властивість. Вона виявляється позитивною властивістю ґрунту, наприклад, в тих випадках, коли доводиться використовувати як добрива нерозчинені або важко розчинені сполуки фосфорної кислоти - фосфорити.

Ненасичений кальцієм кислий грунт переводить фосфорну кислоту фосфориту в більш розчинну форму. Тому застосування фосфоритної муки на кислих ґрунтах забезпечує рослини найдешевшим фосфором.

Вивчаючи зміну природи ґрунтів, ненасичених кальцієм, в тому числі шляхом впливу на їх колоїдний комплекс, О.Н .Соколовський багато зробив для використання ненасиченості ґрунтів кальцієм в інтересах народного господарства. До таких робіт належать його дослідження із застосуванням штучного солонцювання ґрунтів та порід для створення водонепроникливих екранів, які запобігають фільтрації води з водоймищ, зрошувальних каналів.

Буферність ґрунтів. З поглинальною здатністю грунту дуже тісно пов’язана його буферність. Під буферністю розуміють здатність грунту протистояти різким змінам реакції ґрунтового розчину. Ця властивість грунту проявляється в тому, що під час обробки слабкими розчинами кислот та лугів, а також кислими або лужними розчинами солей рН ґрунтового розчину змінюється не пропорційно кількості внесених у грунт речовин, а значно менше. Таким чином, будь–який грунт відносно кислих чи лужних сполук є в якоюсь мірою нейтралізатором, що зменшує дію цих сполук.

Здатність ґрунтів протистояти підвищенню кислотності залежить перш за все від наявності в них карбонатів кальцію та інших металів.

Дуже важливими факторами буферності ґрунтів щодо кислих солей є велика вбирна ємність та висока насиченість ґрунтів кальцієм. Водень кислих сполук, які потрапили в такі ґрунти, переходить в обмінно–увібраний стан, а в розчині утворюється нейтральна сіль, завдяки чому відбувається малопомітна зміна реакції грунтово розчину.

Ґрунти, які утримують в колоїдному комплексі увібраний водень, проявляють буферність щодо лужних сполук.

У явищах буферності ґрунтів неабияке значення має фізична здатність, тобто здатність ґрунтових часточок адсорбувати цілі молекули різних сполук з їх розчинів. Саме завдяки цьому деяка частина внесених у грунт речовин завжди буде адсорбуватись твердою фазою грунту і їх концентрація в розчині буде знижуватись. У ґрунтах часто трапляються розчини солей слабих кислот та сильних основ, які винятково буферні. При додаванні кислот або лугів до таких розчинів їх реакція змінюється поступово і незначною мірою.

У ґрунтах завжди присутні білкові сполуки у вигляді білка рослинних решток, тіл відмерлих бактерій і т. ін. Як амфотерні сполуки білки можуть вступати в реакції сполучення з кислотами та лугами, внаслідок чого реакція лугів значно знижується, що також є одним із істотних факторів буферності ґрунтів.

Буферність ґрунтів має велике позитивне значення, тому що культурні рослини нормально розвиваються лише в нейтральному середовищі. А між іншим, при внесенні фізіологічно кислих або фізіологічно лужних добрив у ґрунті можуть утворюватись як кислоти, так і луги. Завдяки буферності ґрунтів реакція ґрунтового розчину, як правило, не змінюється до шкідливих значень рН.

Різні ґрунти мають неоднакову буферність. Чим більше в ґрунті колоїдів, чим вище насиченість колоїдного комплексу кальцієм, тим більшу буферність має грунт. Наприклад, піщані ґрунти менш буферні, ніж глинисті; підзолисті менш буферні, ніж чорноземи і т. ін.

Таким чином, завдяки поглинальній здатності ґрунтів у них не тільки накопичуються запаси необхідних рослинам та корисних мікробам елементів живлення, а й формуються властиві конкретним типам ґрунтів водний та повітряний режими. Провідну роль відіграє тверда фаза ґрунтів.