Поглотительная способность почв. Механическое, физическое, химическое и биологическое поглощение.

Способность почвы поглощать и удерживать твердые, жидкие и газообразные вещества называют поглотительной способностью. Эта способность давно известна человеку и использовалась им для практических целей – например, для опреснения морской воды.

Наиболее важные исследования в этой области принадлежат русскому ученому К.К. Гедройцу – создателю науки о поглотительной способности почв. Поглощающая способность почв зависит от состояния органоминерального комплекса, особенно той части, которая представлена коллоидами.

Коллоидные частички, с какими связана поглощающая способность почв и образование почвенного поглощающего комплекса (ППК), имеют сложное строение и несут положительный или отрицательный заряд, который и регулирует обмен соответствующих катионов и анионов между ППК и почвенным раствором, что создает хорошие условия для питания растений.

Коллоидные частички создаются гумусом, глинистыми минералами, оксидами железа и алюминия. Значит, их наибольшее количество в глинистых и гумусных почвах.

Благодаря поглотительной способности, почва в той или иной мере задерживает от вымывания легкорастворимые соединения. Поглотительную способность почв учитывают при определении доз, сроков и способов внесения удобрений. Различают пять видов поглотительной способности почв: механическую, физическую, химическую, физико-химическую и биологическую.

Механическое поглощение обусловлено способностью почвы, как и всякого пористого тела, задерживать в порах взмученные в воде частички, крупнее почвенных пор, это значит выступать своеобразным фильтром. Механическая – задерживает все частички и соединения, которые по диаметру больше, чем поры в почвах. Чем больше в почве глинистых частиц, гумуса и чем мельче почвенные поры, тем большую механическую поглотительную способность имеет почва. Механическое поглощение предохраняет вымывание из почвы иловатых и коллоидных частиц, некоторых удобрительных веществ. В результате заиления пор в профиле почвы могут образовываться водонепроницаемые горизонты, что может отражаться на состоянии водно-воздушных свойствах почвы.

Механическую поглотительную способность используют при создании искусственных фильтров для грубой очистки питьевой воды, для заиливания стенок и днища оросительных каналов с целью ограничения потерь воды на фильтрацию.

Физическое поглощение, или молекулярная адсорбция – это изменение концентрации молекул различных веществ у поверхности почвенных частичек. Связана с деятельностью сил поверхностного натяжения на поверхности коллоидной частички и слабо удерживает химические элементы или соединения. Обусловлена их свободной поверхностной энергией – последняя возрастает с увеличением площади общей поверхности мелких частичек то есть, чем они мельче, тем большая удельная поверхность и энергия поглощения вещества.

Путем физического поглощения в почве могут накапливаться napы воды, газы – аммиак, кислород, углекислый газ и др. Почвенными частичками также могут адсорбироваться молекулы твердых веществ, находящихся в состоянии молекулярных растворов. Например, при прохождении сквозь почву навозной жижи, из нее поглощаются молекулы органических соединений в результате их притяжения поверхностью мелких частичек.

Химическая поглотительная способность связана с образованием малорастворимых и нерастворимых солей в результате чисто химических реакций между веществами почвы, т.е. это реакция между ионами и коллоидами с созданием прочного соединения, химические элементы которого не доступны для питания растений. Например, при внесении в почву суперфосфата в ней может происходить следующая реакция:
Са(Н2РО4)2 + 2Fe(OH)3 → 2FePO4 + Са(ОН)2 + 4Н2О.

Соль FePO4, образовавшаяся в результате реакции, труднорастворимая в воде, доступность фосфат-иона растениями в этом случае резко снижается. Кстати, явление химического поглощения фосфора в дерново-подзолистых почвах довольно распространенное. Процесс этот нежелательный. Чтобы его ограничить, стремятся применять гранулированый суперфосфат, предпочитают локальное внесение удобрений.

Физико-химическое поглощение, или обменная адсорбция, связана со способностью почвенных коллоидов обменивать катионы диффузного слоя на катионы почвенного раствора. Сочетает в себе физическую и химическую сорбцию (связь) с коллоидами.

Совокупность нерастворимых в воде мелкодисперсных компонентов почвы, способных к процессам поглощения, обмену ионов, называют почвенным поглощающим комплексом (ППК). Основную часть ППК составляют коллоиды.
Схематически обменная адсорбция выглядит так: [ППК-] NH4+ + KCl → [ППК-]K+ + NH4Cl.

Реакции обмена ионов идут быстро, носят обратимый характер, осуществляются в эквивалентных количествах. В связи с тем, что почвенные коллоиды представлены в основном ацидоидами, объектами физико-химического поглощения (обмена) являются катионы.

Способность различных катионов к поглощению почвой неодинаковая и зависит от их валентности и атомной массы: чем выше валентность катиона, а в границах одной валентности – атомная масса, тем выше энергия поглощения.
По этой оценке катионы располагают в следующий ряд:
Na+ < NH4+ < К+ < Mg2+ < H+ < Са2+ < А13+ < Fe3+.
Исключение из этого правила – одновалентный катион водорода.

Сумма всех катионов, находящихся в диффузном слое почвенных коллоидов и способных к обмену, называется емкостью поглощения. Ее величина в минеральных почвах колеблется от 5 до 60 мг-экв на 100 г почвы и зависит от содержания в ней гумуса и количества минеральных коллоидов. Емкость поглощения дерново-подзолистых суглинистых почв составляет обычно 10–20 мг•экв на 100 г почвы. Чем выше этот показатель, тем больше катионов содержит почва и тем больший в ней запас питательных элементов. Емкость поглощения (Е) почвы показывает, сколько ППК может удерживать катионов (или анионов). Она тем больше, чем больше гумуса и частичек физической глины в почве (чернозем, торф). Но среди катионов встречается водород, который подкисляет почву. Для этого определяется сумма обменных (поглощенных) оснований (S) (полезные основания Са, Mg). Она ниже, чем емкость поглощения.

Состав обменных катионов ППК оказывает большое влияние на свойства почвы. Двухвалентные катионы – кальций, магний – хорошие коагуляторы, содействуют образованию водопрочной структуры, формированию нейтральной реакции почвы. Поглощенные водород и алюминий обусловливают потенциальную кислотность почвы. Ряд неблагоприятных свойств приобретает почва при содержании значительного количества в ППК натрия – щелочную реакцию, неводопрочную структуру и др. Поглощение почвой анионов чаще связано с биологическим поглощением и химическими реакциями, образующими малорастворимые соединения.

Биологическая поглотительная способность связана с жизнедеятельностью растений, микроорганизмов. Благодаря им в составе органического вещества накапливается азот и зольные элементы. Для биологического поглощения характерна избирательность биоты при поглощении элементов питания из почвы: растения и микроорганизмы усваивают элементы не пропорционально содержанию их в почве, а в соответствии со своими физиологическими потребностями. После отмирания и минерализации отмерших организмов поглощенные ранее элементы питания вновь переходят в почву и используются новыми поколениями организмов.
Особенно велика роль биологического поглощения в областях с промывным типом водного режима на рыхлых почвах.