Реакция почвенного раствора – это соотношение количества водородных ионов (Н+) и гидроксид-ионов (ОН-), выражающаяся в условных единицах рН (отрицательный логарифм концентрации водородных ионов в растворе), pH = –lg (H+).
Кислотность среды
Чем больше в почве водородных ионов Н+, тем кислее ее среда.
Кислую и сильнокислую (рН от 3 до 5) реакцию почвенного раствора имеют в основном дерново-подзолистые, аллювиальные, некоторые торфяные почвы.
Слабокислую реакцию имеют (рН от 5,5 до 6,5) выщелоченные черноземы, серые лесные почвы.
Такие почвы характеризуются рН <7, а количество водорода больше чем 10-7.
Щелочность среды
Если концентрация ион водородов меньше чем 10-7, а значения рН больше 7, то говорят о щелочности среды.
Типы почв по щелочности:
- рН 7,5-8,5 – южные черноземы и каштановые почвы;
- рН 8,5-9,0 – сероземы;
- рН >9,0 – солонцы.
Нейтральная среда
Расхождение между концентрацией Н+ и ОН- примерно равны, т. е. Н+= ОН- = 10-7, а pH = –lg (H+) = 7.
По градации колеблется в пределах от 6,5 до 7,0.
Характерна, для обыкновенных и мощных черноземов.
Источники кислотности почв
1. Минеральные кислоты, наиболее распространенные: азотные, серная фосфорная и хлор водородная. Попадают в почву с внесением минерльных удобрений, кислотных осадков, разложения органических материалов до основания и кислот.
2. Низкомолекулярные кислоты (уксусная, янтарная, фолиевая и др.).
3. Угольные кислоты.
4. Гумусовые кислоты (фульво- и гуминовые кислоты).
Живущие в почве микроорганизмы, бактерии, грибы, растения, а так же различные антропогенные воздействия, могут выделять или преобразовывать кислоты и их соединения,
Бренстед-Лоури выдвинул теорию кислот и оснований, согласно которой:
- к кислотам относится любое вещество способное отдавать ионы водорода (Н+) и притягивать основания.
- к основаниям относят вещества, способные присоединять протон, образуя сопряженную кислоту. Растворителем в данном случае выступает вода, соединяясь с молекулами кислот, образует основания.
СН3СООН + Н2О ↔ CН3СОО- + Н+
Отдавая протон воде, уксусная кислота превращается в основание СН3СОО-; вода играя роль основания и принимая протон от СН3СООН, переходит в кислоту Н3О+.
Свойства кислот и оснований могут проявлять:
- молекулярные соединения НCl – кислота, NH3 – основание.
- катионы, Pb(H2O)2+4 – кислота, Pb(H2O)3OH+ – основание.
- анионы, NHCO-3 – кислота, CO2-3 – основание.
Константа равновесия определяет силу кислот и оснований в растворах.
· Кa(aсid) – константа характеризует перенос протона от кислоты к молекулам воды.
· Kb(base) – константа обозначающая, обратный процесс переноса протона от молекулы воды к основанию.
Произведение констант равно произведению растворителя:
рКа · рKb = рКw= 14 или 10-14
Формы кислотности
На концентрацию почвенного раствора влияет целый ряд факторов и зависит она от многих показателей, поэтому кислотность разделяют на:
ü актуальную, определяемую путем водной вытяжки в соотношении 1 часть почвы и 2,5 части воды, в результате показывает количество ионов водорода отщепляемых кислотами и кислыми солями в почвенный раствор. Единица измерения рН. Оказывает прямое влияние на микробиологическую активность почвы и возделываемых культур.
ü потенциальную, подразделяющуюся на обменную и гидролитическую. Показывает сколько ионов Н+ и Al+ вытиснится при взаимодействии с нейтральными или гидролитически щелочными солями из почвенного поглощающего комплекса. Способность твердой фазы почвы проявлять себя как кислота при взаимодействии с растворами.
Обменная кислотность
Обменная кислотность всегда больше чем актуальная, а рН солевой вытяжки всегда ниже водной. Актуальная кислотность так же входит в состав обменной кислотности. Зависит от количества поглощенных ионов водорода и алюминия, которые вытесняются из почвы в результате обменных химических реакций.
Существует общая методика определения обменной кислотности из почв разработанная ЦИНАО (ГОСТ 26484 (титрование) и 26483 (иономер). Для анализа делают навеску массой 30 грамм, добавляют 0,1н. раствор нейтральной соли хлористого калия, взбалтывают в течение минуты и проверяют.
Реакции обмена в почве:
ППК Н + КСl = ППК К + НСl
ППК Al + КСl = ППК 3К + AlСl3
AlСl3 + Н2О = Al(ОН)3 + 3НСl
В результате протекающих обменных процессов происходит подкисление почвенного раствора соотношение ионов водорода и алюминия зависит от ряда факторов (материнская порода, тип почвы, природно-климатические условия). Органические коллоиды почвы в своем составе содержат в основном ионы Н+, а обменная кислотность минеральной фракции почв характеризуется и водородом и переходящим в солевую вытяжку Al+. Дополнительное выделение и накопление в почве Al+ негативно сказывается на развитии растений. Типично для почв таежной, подтаежной и северной лесостепной зоны, а также для красноземов.
Гидролитическая кислотность
Гидролитическая кислотность включает все содержащиеся в почве ионы водорода как легкоподвижные, так и менее подвижные способные к замене на основания только при щелочной реакции.
Термин гидролитическая кислотность ввел Г.Каппен, а также разработал методы ее определения. По аналогии с методом Дайкухара в качестве растворителя используют гидролитическую соль уксуснокислый натрий (1 н. р-р СН3СООNа с рН=8,3). В ходе анализа установлено, что вытесняется не весь водород, поэтому принято применять коэффициент П=1,75 – поправка на полноту вытеснения водорода.
В значительной степени преобладает на дерново-подзолистых почвах, а также проявляется в выщелоченном и обыкновенном черноземах. Через гидролитическую кислотность определяют нуждаемость почв в изменении степени кислотности и устанавливают вносимую дозу известковых мелиорантов.
Таблица 1 - Взаимосвязь между различными видами почвенной кислотности (опыт Г. Коппена)
Согласно данным наблюдениям видно, что обменная кислотность появилась при снижении рН до 6,0 и при обработки возрастающим количеством кислоты. В результате наблюдается взаимосвязь между актуальной и потенциальной кислотностью.
Как итог всего выше перечисленного формы потенциальной кислотности можно выразить в следующей диаграмме.
Гидролитическая кислотность показывает общую кислотность почв, однако при примерно равных аналитических показателях отзывчивость на известкование может быть разной. Так, например, уровень многих некарбонатных черноземных почв по величине Нг может изменяться от 8 до 10 мг·экв, а подзолистых от 4 до 6 мг·экв. Однако черноземные почвы не отзываются на вносимые известковые удобрения. Причина этого состоит в том, что они в своем составе содержат разное количество Са и Мg (рисунок 3).
При равной величине Нг = 4 мг·экв содержание ионов Са и Мg в черноземных почвах может составлять до 40 мг·экв и более, а в подзолистых почвах 4 мг·экв. Соответственно на рисунке видно, что роль водорода в черноземных почвах не значительная, поэтому почвы зачастую обладают близкой к нейтральной или нейтральной реакцией почвенного раствора. На подзолистых почвах наблюдается дефицит Са+Мg, в значительной степени господствуют ионы Н+, поэтому почвы более отзывчивы на внесение известковых мелиорантов.
Следовательно, необходимость проведения известкования в той или иной почве устанавливается путем расчета степени насыщенности почв основаниями по формуле:
V = (S/(S+H)) · 100%, или V = (S/Т) · 100%
где, V – степень насыщенности почв основаниями, %;
S – сумма поглощённых оснований, мг·экв/100 гр. почвы;
Н – гидролитическая кислотность почвы, мг·экв/100 гр. почвы;
Т – ёмкость поглощения почв, мг·экв/100 гр. почв, или Т = S + Н.
Данный расчет применяется с той целью, чтобы понять, на сколько почвы насыщенны основаниями.
Например:
V = 50 % и ниже – нуждаемость в извести сильная;
V = 50-70 % - средняя;
V = 70-80 % - слабая;
V = более 80 % - почва в известковании не нуждается.
После анализа полученных агрохимических показателей, проводится расчет доз вносимых известковых удобрений по следующим формулам:
Источники литературы:
1. Трещов А. Г. Агрохимия: Учеб. пособие. – М.: Изд-во РУДН, 1992. – 228 с.
2. Возбуцкая А.Е. Химия почвы: Учебное пособие для с.-х. вузов. – М.: Государственное издательство колхозной и совхозной литературы «Сехьхозгиз», 1935. – 196 с.
3. Ягодин Б.А./Агрохимия/ Б.А. Ягодин, П.М. Смирнов, А.В. Петербургский и др.; Под ред. Б. А. Ягодина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1989. – 639 с.
