Ёмкость катионного обмена (ЕКО) или ёмкость поглощения (ммоль/100 г почвы) – один из важнейших показателей, характеризующих катионнообменную способность почв (КС). Характеризует кол-во катионов почвы, способных к обмену на катионы нейтральной соли при pH ~ 6,5. Ёмкость катионного обмена является одной из основных характеристик почвенного поглощающего комплекса (ППК).
Для чего нужна ЕКО?
Величина ёмкости катионного обмена необходима для оценки качества почвы и уровня её плодородия, так же по величине ёмкости катионного обмена можно косвенно судить о содержании органического вещества и гранулометрическом составе. Данный показатель необходим при оценке пригодности нарушенного плодородного слоя.
Что же такое ППК?
С ёмкостью катионного обмена тесно связано понятие почвенного поглощающего комплекса (ППК). Под ППК понимают совокупность почвенных частиц - коллоидов, способных поглощать и обменивать поглощённые ионы. Почвенные коллоиды разделяются на три группы: органические, минеральные и органоминеральные. Ёмкость поглощения изменяется в широком диапазоне между разными типами почвы и характеризуется постоянным значением, вне зависимости от видов поглощаемых катионов.
Выделяют категории поглощающей способности почв по величине ЕКО:
· Очень низкая (ЕКО ˂ 10 мг-экв/100 г)
· Низкая (ЕКО =10-15 мг-экв/100 г)
· Средняя (ЕКО = 15-30 мг-экв/100 г)
· Высокая (ЕКО ˃ 30 мг-экв/100 г)
Величина ёмкости катионного обмена для разных типов почв с уточнением гранулометрического состава
Величина ЕКО зависит от:
- Содержания коллоидных частиц. Чем выше их содержание (чем тяжелее почва по гранулометрическому составу), тем больше ёмкость поглощения;
- Химический и минералогический состав коллоидов. Минералы группы монтмориллонита лучше, чем другие глинистые минералы поглощают катионы. Вещества гумусовой природы обладают лучшей поглотительной способностью, по сравнению с другими.
- Величина водородного показателя. Чем выше кислотность (кислее) – тем больше отрицательно заряженных коллоидов, тем больше значение ёмкости катионного обмена.
·
В ППК происходит обмен не только катионов, но и анионов. Все дело в том, что, как правило, почвенные коллоиды имеют отрицательный заряд, кроме гидроксидов железа и алюминия, имеющих положительный заряд. Именно поэтому почва обладает лучшей способностью поглощать катионы, по сравнению с анионами.
Особенности протекания катионного обмена:
- Принцип эквивалентности для нейтральных солей. Обмен катионов происходит в равных количествах, что и анионов.
- Разные катионы поглощаются с разной интенсивностью и по-разному удерживаются. Чем выше атомная масса и больше заряд иона- тем лучше он поглощается ППК и лучше удерживается. Ряды вытеснения для одновалентных катионов: Ii+ ˂ Na+ ˂ NH4+˂ K+ ˂ Rb+; для двухвалентных: Mg2+ ˂ Ca 2+˂ Ba2+; для трехвалентных: Al3+˂ Fe3+ Исключение: ионы водорода способны вытеснять ионы, превышающие его по заряду и массе, например ионы Ca2+ и Na+.
- При постоянной концентрации раствора ЕКО увеличивается с увеличением обьёма раствора. При постоянном объёме раствора ЕКО повышается с повышением концентрации раствора вытесняющей соли.
- Скорость обмена катионов достаточно высока. Равновесие устанавливается за несколько минут.
Методы определения ЕКО
В основе определения ёмкости катионного обмена лежит вытеснение обменных катионов почвы ионом Ba2+ (из раствора BaCl2) или Mg2+ (экспресс-метод ЦИНАО) в связи с их высокой энергией поглощения. Количество поглощённого бария и магния определяют в основном следующими методами:
- Гравиметрический метод — весовой метод определения осадка сульфата бария. Вытеснение бария разбавленной HCl и последующее осаждение его серной кислотой в виде BaSO4.
- Метод кислотно-основного титрования — метод Бобко-Аскинази-Алешина. Косвенное определение поглощенного бария по количеству титрованной серной кислоты, израсходованной на связывание Ba2+ в BaSO4.
- Экспресс — метод ЦИНАО для карбонатных, гипсосодержащих и засоленных почв с долей органического вещества не более 6% с насыщением почвы ионами магния и последующим их определении комплексонометрическим методом, фотометрическим методом или атомно-абсорбционный методом на выбор.
В нашей лаборатории используется ускоренный метод кислотно-основного титрования, а также экспресс-метод ЦИНАО для карбонатных, гипсосодержащих и засоленных почв с долей органического вещества не более 6% (рис.1).