Физ-хим способность почвы

Вопрос №1.  Физико-химическая, или обменная

поглотительная способность почвы

Свойство почвы обменивать некоторую часть катионов и в меньшей степени анионов из соприкасающихся растворов. Наблюдается физическое и химическое поглощение. Происходит эквивалентный обмен катионами. Катионы из раствора переходят в слой компенсирующих ионов мицелл почвенных коллоидов, а катионы из слоя компенсирующих ионов – в раствор. Изменяя искусственно реакцию почвенных растворов, можно направленно воздействовать на емкость поглощения, а из необменного состояния катионы перевести в обменные. Перевод в необменное состояние катионов совершается при периодическом высушивании почвы, что объясняется старением и частичной кристаллизацией гелей коллоидов.

          Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность имеет особенно важное значение при взаимодействии удобрений с почвой. Физико-химическое поглощение — это способность мелкодисперсных (от 0, 2 до 0, 001 мкм) коллоидных частиц почвы поглощать из раствора различные катионы. Поглощение одних катионов сопровождается вытеснением в раствор эквивалентного количества других, ранее связанных твердой фазой почвы.

Вся совокупность органических и минеральных коллоидных частиц почвы (представленных гумусовыми веществами, глинистыми минералами и гидроксидами железа и алюминия), участвующих в обменном поглощении катионов, была названа К. К- Гедройцем почвенным поглощающим комплексом (ППК).

Способность органических и минеральных коллоидных частиц к обменному поглощению катионов обусловлена тем, что большая часть их имеет отрицательные заряды.

В естественном состоянии почвы всегда содержат определенное количество поглощенных катионов (Са ²⁺ , Mg²⁺ , Н ⁺ , А1³⁺ , Na⁺ , K⁺ , NH₄⁺ и др.). Эти катионы могут обмениваться на другие катионы, находящиеся в растворе.

Обмен катионами между раствором и почвенным поглощающим комплексом происходит в строго эквивалентных количествах.

Реакция обмена катионов протекает быстро. При внесении в почву легкорастворимых удобрений (КСl, NH₄Cl, NH₄N0₃ и др.) они сразу же вступают во взаимодействие с ППК, катионы их поглощаются в обмен на катионы, ранее находившиеся в поглощенном состоянии.

Реакция обмена катионов обратима, так как поглощенный почвой катион может быть снова вытеснен в раствор: (ППК) Са + 2KCl « (ППК) ^K_K + СаСl₂; ППК) Са + NH₄N0₃ « (ППК) ^NH_{4 NH4}

В зависимости от концентрации раствора, его объема и природы обменивающихся катионов между катионами раствора и катионами почвенного поглощающего комплекса устанавливается некоторое подвижное равновесие. При изменении состава почвенного раствора это равновесие смещается, в результате одни катионы переходят из раствора в поглощенное состояние, а другие — из поглощенного состояния в почвенный раствор. При внесении минеральных удобрений, например KCl, концентрация почвенного раствора повышается, катионы удобрения вступают в обменную реакцию с катионами почвенного поглощающего комплекса и поглощаются почвой.

При усвоении какого-либо катиона растениями концентрация его в растворе уменьшается, он переходит из поглощенного состояния в раствор в обмен па другие катионы, содержащиеся в почвенном растворе. Чем выше степень насыщенности поглощающего комплекса данным катионом, тем легче и быстрее он вытесняется в раствор. Количество катионов, вытесняемых из поглощенного состояния в раствор, возрастает с повышением концентрации раствора, а при одинаковой концентрации — с увеличением объема раствора вытесняющей соли.

Разные катионы обладают неодинаковой способностью к поглощению. Чем больше заряд (валентность) катиона и его атомная масса, тем сильнее он поглощается и труднее вытесняется из поглощенного состояния другими катионами. Исключение из этого правила составляют ионы Н + , которые имеют наименьшую атомную массу, но обладают высокой энергией поглощения и способностью вытеснять другие катионы из ППК.

Емкость поглощения и состав поглощенных катионов у разных почв. Разные почвы содержат неодинаковое количество способных к обмену поглощенных катионов. Общее содержание в почве всех обменно-поглощенных катионов называется емкостью поглощения. Она обозначается буквой Т и выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Например, если в 100 г почвы в поглощенном состоянии содержится 200 мг Са²⁺ , 24 мг Mg²⁺ и 9 мг NH₄⁺ , то емкость поглощения этой почвы будет равна; 200/20+24/12+9/18=12.5 мэкв на 100 г (где 20—эквивалентная масса кальция, 12 — магния, 18 — аммония).

Величина емкости поглощения характеризует поглотительную способность почв. Она зависит от механического и минералогического состава почвы и содержания в ней органического вещества. Почвы с малым количеством коллоидной фракции (песчаные и супесчаные) имеют невысокую емкость поглощения. Чем больше в почве минеральных и органических коллоидных частиц, тем выше ее поглотительная способность. У глинистых и суглинистых почв емкость поглощения больше, чем у песчаных и супесчаных. Более богатые органическим веществом черноземные почвы отличаются значительно более высокой емкостью поглощения (30—60 мэкв на 100 г), чем подзолистые почвы и сероземы (10—15 мэкв на 100 г).

Поглотительная способность почвы оказывает большое влияние на превращение в ней минеральных удобрений, определяет степень подвижности их в почве. На почвах с малой поглотительной способностью (песчаных и супесчаных) при внесении легкорастворимых удобрений возможно вымывание питательных веществ и излишнее повышение концентрации раствора, поэтому азотные и калийные удобрения на таких почвах лучше вносить небольшими дозами и незадолго до посева. На почвах с высокой поглотительной способностью вымывания питательных веществ и избыточного увеличения концентрации раствора не происходит.

Разные почвы отличаются не только по общей емкости поглощения, но и по составу поглощенных катионов.

В большинстве почв в составе поглощенных катионов преобладает Са²⁺, второе место занимает Mg²⁺ и в значительно меньших количествах находятся К⁺ и NH₄⁺. Сумма Са²⁺и Mg²⁺ составляет около 90% общего количества обменно-поглощенных катионов. В кислых почвах (подзолистых и красноземах) среди поглощенных катионов значительную часть занимают Н⁺ и А1³⁺ , а в солонцовых почвах — Na⁺ . Состав поглощенных катионов оказывает большое влияние па свойства почвы и условия роста растений. Кальций коагулирует органические и минеральные коллоиды. Поэтому преобладание в составе поглощенных катионов Са²⁺, например на черноземах, способствует поддержанию прочной структуры и обусловливает хорошие физические свойства почвы. Насыщение почвы натрием (у солонцовых почв) вызывает пептизацию коллоидов, что приводит к их вымыванию, разрушению структурных агрегатов и ухудшению физических свойств почвы (плотное сложение, вязкость и т. д.). Кроме того, при наличии натрия в почвенном поглощающем комплексе происходит вытеснение его в раствор в обмен на другие катионы с образованием соды, что вызывает щелочную реакцию раствора, неблагоприятную для развития растений: (ППК) ^Na _Na + Са (HСO₃)₂ - (ППК) Са + 2 Na HC O₃

При большом содержании в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия они могут переходить в раствор и подкислять его. Повышенная кислотность раствора и особенно высокое содержание в нем алюминия оказывают вредное действие на растения.

Вопрос №4. Калийные удобрения

         Содержат в качестве основного питательного элемента калий. Важнейшие виды: технический хлорид калия КСl (58-62% К2О), технический сульфат калия K2SO4 (45-50% К2О), калимагнезия K2SO4.MgSO4 (26-28% К2О), так называется калийная смешанная соль (30-50% К2О), получаемая механическим смешением тонкоизмельченной сильвинитовой руды КСl. NaCl с технической КСl. Хлорид калия и калийная смешанная соль гигроскопичны и слеживаются при перевозках и хранении, сульфат калия и калимагнезия малогигроскопичны и не слеживаются. Калийные соли, которые содержатся в удобрениях, хорошо растворяются в воде.

Наиболее распространенное удобрение - КСl. Сырьем для его производства служат сильвинитовые руды (12-30% К2О), которые состоят преимущественно (95-98%) из сильвина КСl и галита NaCl с небольшими примесями солей Mg и Са и не растворяющихся в воде глинистых шламов. Иногда перерабатывают карналлитовые руды (12-13% К2О), где калий находится в виде карналлита KCl.MgCl2.6H2O (70-75%). Сырье для получения K2SO4 и калимагнезии - полиминеральных руды (10-12% К2О), в состав которых входят главным образом каинит КСl.MgSO4.3Н2О и лангбейнит K2SO4.2MgSO4. Важнейшие запасы калийных руд и производства на их основе калийных удобрений сосредоточены в России (Пермская область), Казахстан, Украина, Белоруссия), Канаде (Саскачеван), США (Нью-Мексико, Калифорния), Франция (Эльзас), Италия (о. Сицилия). Переработка калийных руд осуществляется несколькими методами.

Флотационный метод основан на разложении смачиваемости в насыщенных водных растворах частиц минералов и накоплении их на поверхности раздела. При получении калийных удобрений широко применяют так называемую пенную флотацию, когда мелкие частицы (0,3-0,8 мм) руды благодаря добавлению флотореагентов избирательно прилипают к пропускаемым через раствор мелким пузырькам воздуха и выносятся на поверхность, образуя сгущаемую в дальнейшем пену. Переработка флотационным методом полиминерных руд приводит к получению концентрата, который содержит 18-19% К2О и 8-10% MgO.

 Галургический метод основан на разложении характере изменения растворимости минералов, например сильвина и галита, при повышении температуры: растворимость КСl возрастает, NaCl - снижается. Измельченную (куски размером менее 5 мм) сильвинитовую руду обрабатывают при высокой температуре (110-114 °С) насыщенным при 25-30 °С раствором солей. При этом из руды в раствор переходит только КСl, a NaCl остается в твердой фазе, которую отделяют от раствора фильтрованием, обезвоживают и удаляют в отвал. Горячий раствор охлаждают до 25-30 °С на вакуум-кристаллизационной установке с последующим обезвоживанием и сушкой кристаллов КCl. Маточный раствор нагревают и возвращают на обработку исходной руды. В зависимости от состава полиминеральных руд описанным методом можно получать калимагнезию, или сульфат калия.

 Последний производят также конверсионным методом - взаимодействием КСl с сульфатами Na и Mg. Вследствие сравнительно малой растворимости в воде K2SO4 выпадает в осадок, который отфильтровывают и высушивают, а соответствующий хлорид остается в растворе. Электростатическая сепарация заключается в образовании на поверхности измельченных до 2 мм частиц руды при их нагревании (100-120 °C) и обработке специальными реагентами (салициловой кислотой) разноименных электрических зарядов с последующим их разделением в барабанном, трубчатом или электростатическом сепараторе. Данным методом вырабатывают в настоящее время только КСl.

При флотационном методе получают кристаллы КСl размером 0,30 мм (70%), при галургическом - 0,15 мм (50%). В последнем случае благодаря регулируемой вакуум-кристаллизации удается получать непылящий продукт с размерами кристаллов 0,6-1,0 мм, а при гранулировании мелкозернистого КСl на валковых прессах - гранулы с размерами от 1 до 4 мм. Для устранения слеживаемости при хранении КСl и калийной смешанной соли их обрабатывают реагентами, например алифатичным аминами С16-С20 (200 г/т). Присутствие калия в растениях оказывает значительное влияние на обмен в них веществ и рост. При внесении калийных удобрений в почву повышаются засухоустойчивость и морозостойкость, а также устойчивость с.-х. культур к болезням.

Калийные удобрения применяют обычно на фоне фосфорных или фосфорных и азотных удобрений, на дерново-подзолистых почвах, чаще на песчаных и супесчаных, а также на осушенных торфяниках, кремнеземах, серых лесных, выщелоченных почвах. Особенно эффективны калийные удобрения при внесении под картофель, овощные и плодово-ягодные культуры, сахарную свеклу, лен, подсолнечник, бобовые многолетние травы, кормовые корнеплоды и др. Бесхлорные калийные удобрения вносят под культуры, отрицательно реагирующие на введение в почву хлора (эфирномасличные, цитрусовые, чай, табак и т.п.). Дозы внесения калийных удобрений в России 45-120 кг/га. Мировое производство калийных удобрений (в пересчете на К2О) более 28 млн. т/год, в т.ч. в России 10,4 млн. т/год.

Скачано с www.znanio.ru