Поглотительная способность почвы

Поглотительная способность почвы. Свойство почвы задерживать, поглощать твердые, жидкие и газообразные вещества

находящиеся в соприкосновении с твердой фазой почв, носит название поглотительной способности.

Люди в своей практической деятельности давно использо-вали явление поглотительной способности для очистки питье-

вой воды. Поглощение почвой катионов было отмечено более 150 лет назад. В середине прошлого столетия (1850) английский исследователь Уэй установит катионный обмен между почвой раствором и объяснил это явление присутствием в почве цеолитов — минералов, для которых типично наличие обменных катионов и слабо связанной формы воды.

В конце XIX — начале XX в. ученый И. ван Беммелен и австрийский ученый Ф.Корню пришли к выводу о важном значении физико-химических обменных реакций в почве и коре выветривания. Ван Беммелен ввел в научную практику термин “адсорбция”. Крупный вклад в изучение адсорбционных процессов в почве внесли Д. Хиссинк, С. Матсон, Г. Вигнер. Наиболее важные исследования в области поглотительных явлений в почве принадлежатК. К. Гедройцу, создателю учения поглотительной способности почв.

Поглотительная способность почв определяется различными причинами. В зависимости от причин, определяющих явление поглощения, К. К. Гедройц выделил следующие типы поглотительной способности почв.

Механическая поглотительная способность проявляется при фильтрации воды, когда в почвенных порах и капиллярах задерживаются относительно крупные частицы , взвешенные в поверхностных водах, — глинистые и песчаные частицы, органический детритус и т. п. Механическая поглотительная способность почв и грунтов обусловливает чистоту ключевых грунтовых вод, формирующихся из поверхностных вод, мутных от большого количества механических примесей. Явление механической поглотительной способности широко используется при устройстве искусственных фильтров для очистки воды.

Под молекулярно-сорбционной, или физической, поглотительной способностью понимают увеличение концентрации молекул различных веществ в растворе у поверхности коллоидов. Это обусловливается притяжением отдельных молекул к поверхности твердых почвенных частиц в результате проявления поверхностной энергии. Как известно, интенсивность проявления поверхностной энергии зависит от площади удельной поверхности и, следовательно, обязано присутствию в почве высокодисперсных частиц. Эти частицы могут притягивать молекулы газов (например, молекулы водяного пара из воздуха), молекулы жидких веществ. В частности, наличие пленочной влаги вокруг почвенных частиц обусловлено действием поверхностных сил. Почвенными частицами также адсорбируются молекулы твердых веществ, находящихся в состоянии молекулярных

растворов. Например, при прохождении через почву навозной жижи из последней поглощаются молекулы органических соединений вследствие их притяжения к поверхности тонких частиц. Следует подчеркнуть, что сорбированные молекулы не входят в состав твердых частиц, а лишь концентрируются у их поверхности.

Ионно-сорбционная, или обменная, поглотительная способность, представляющая, по выражению К. К. Гедройца, “поглотительную способность в тесном смысле этого слова”, заключался в обмене ионов, адсорбированных почвой, на ионы почвенного раствора. Между высокодисперсной массой почвы и почвенным раствором существует подвижное равновесие. Изменение в составе почвенного раствора вызывает соответственные изменения в составе поглощенных ионов. Особо важное значений в ионном почвенном обмене имеют катионы. С поглощением анионов приходится встречаться значительно реже и этот процесс менее изучен.

Различные почвы имеют определенную емкость поглощения и определенный состав поглощенных катионов. Характеристика поглотительной способности некоторых распространенных точв приведена в табл. 13.

Почвы, поглощенный комплекс которых представлен катионами металлов (преимущественно катионами щелочей и щелочно-земельных элементов), называются насыщенными. К ним относятся черноземы, каштановые, сероземы и ряд других почв, преимущественно аридных ландшафтов. Почвы, содержащие в составе поглощающего комплекса ион водорода, называются ненасыщенными. Сюда относятся подзолистые, красноземы и другие почвы преимущественно гумидных ландшафтов. Количество поглощенных катионов, выраженное в процентах от емкости поглощения, называется степенью насыщенности.

Таблица 13

Поглотительная способность почв

Емкость поглощения почв обусловливается содержанием и минералогическим составом высокодисперсной части пород, на которых сформированы эти почвы, а также содержанием в них гумуса. Глинистые, тяжелые почвы имеют большую емкость поглощения, чем песчаные. При этом важен минералогический состав глинистой массы. В случае преобладания минералов группы монтмориллонита емкость поглощения будет несравненно выше, чем при наличии минералов группы каолинита. Среднее положение занимают почвы, высокодисперснаячасть которых представлена минералами группы гидрослюд. Органические коллоиды почвы имеют более высокую емкость поглощения, чем минеральные. В гумусовом горизонте почв на долю органических соединений приходится до 50—70% емкости поглощения. В нижней частипочвы значение органических соединений для поглотительной способности сильно уменьшается.

Благодаря высокой сорбционной способности высокодисперсная часть почв и почвообразующих пород играет важную роль в перераспределении редких и рассеянных химических элементов в зоне гипергенеза. Часть рассеянных химических элементов, освобождающихся при разрушении первичных минералов и растительных остатков, энергично поглощается и прочно связывается высокодисперсными частицами, поэтому некоторые из них содержатся в высокодисперсной части в большем количестве, чем в общей массе почв и почвообразующих пород (табл. 14).

Таблица 14

Содержание некоторых рассеянных химических элементов в общей

массе и в высокодисперсной части четвертичных отложений, 1 • 10’3%

(по В. В. Добровольскому, 1966)

Химическая поглотительная способность обусловлена образованием труднорастворимых химических соединений в результате реакций обмена в почвенном растворе. Например, возникновение новообразований гипса в почве представляется в виде следующей реакции:

Биологическая поглотительная способность связана с присутствием животных и растительных организмов в почве. В процессе своего жизненного цикла растения и животные избирательно накапливают некоторые химические элементы, необходимые для своей нормальной жизнедеятельности. Накопленные элементы частично задерживаются в почве. Таким образом, почва постепенно обогащается определенными элементами, например углеродом,азотом, фосфором и др., а также некоторыми микроэлементами.