Состав обменных катионов и его ожидаемое изменение учитываются при составлении проектов промывок засоленных почв и полива почв минерализованными водами.

7. Законы катионного обмена являются теоретической основой химической мелиорации почв (гипсования щелочных и известкования кислых почв).

Важнейшей характеристикой ППК является емкость катионного обмена (ЕКО).

По К.К. Гедройцу, ЕКО определяется как сумма всех обменных (поглощенных) катионов, которые можно вытеснить из данной почвы. Измеряется в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почв ы.

Емкость обмена нельзя отождествлять с суммой поглощенных катионов, которая является частью ЕКО, хотя в некоторых почвах эти величины равны, например, в засоленных почвах.

 Сумма поглощенных катионов характеризует природное состояние почвы, а ЕКО зависит от величины рН. В кислых почвах сумма поглощенных катионов ниже, чем ЕКО (табл. 1).

Наибольшей емкостью катионного обмена обладают черноземы. Обменными катионами в черноземах являются Ca 2+и Mg 2+, причем содержание кальция в несколько раз больше, чем магния, одновалентных катионов в ППК черноземов практически нет. Поэтому черноземы имеют низкий дзета-потенциал коллоидов и высокую устойчивость гелей, благо-приятную реакцию среды и хорошие свойства.

Дерново-подзолистые почвы имеют сравнительно низкую ЕКО, особенно в подзолистом горизонте А2.

В ППК содержатся, помимо катионов Ca2+и Mg2+, катионы водорода

 (или Al3+), которые обусловливают кислую реакцию почв.

Чем кислее почва, тем она менее благоприятна для возделывания сельскохозяйственных культур.

Среди обменных катионов солонцов содержится катион Na+, количество которого возрастает в горизонте В.

Таблица 1

Солонцы содержат также относительно много обменного Mg2+. Благодаря иону Na+ коллоиды имеют повышенный дзета-потенциал. Поэтому при высокой влажности они переходят в состояние золя. Солонцы имеют отрицательные физические свойства – непрочную структуру, которая легко расплывается при увлажнении, превращаясь в вязкую массу, а при высыхании резко сокращается в объеме, образует глубокие трещины и распадается на монолитные прочные глыбы.

Под влиянием динамики почвенных процессов содержание катионов в течение года несколько изменяется, но средние значения сохраняются для определенного типа почв. Изменения в свойствах, происходящих при антропогенной нагрузке, отражаются на составе обменных катионов, поскольку они являются самой подвижной частью твердой фазы почвы, легче всего вступающей во взаимодействие с почвенным раствором. Внесение мелиорантов, обработка, внесение органических и минеральных удобрений

отражаются на составе и количестве обменных катионов.

Механизм физико-химического поглощения в почвах  представлен процессами сорбции.

Основными закономерностями обменной сорбции катионов почв являются следующие.

1. Реакция обмена катионов ППК на катионы почвенного раствора обратима:

ППК] Ca ₂+ + 2NaCl →ППК] Na+ + CaCl₂ ← Na+

Обмен между поглощенными катионами ППК и катионами почвенного раствора эквивалентен.

В ряду разновалентных ионов энергия поглощения возрастает с увеличением валентности.

     Li+<Na+<K+<NH₄+<Cs+<<Mg ₂+<Ca ₂+<<Al ₃+<Fe₃+

Энергия поглощения определяется радиусом негидратированного иона: чем меньше радиус, тем слабее связывается ион.

Гидратированные оболочки изменяют свойства ионов: уменьшают их чувствительность к электростатическому притяжению, изменяют соотношения между ионами.

5. Внутри рядов ионов одной валентности энергия поглощения возрастает с увеличением атомной массы. В соответствии с этим имеются следующие ряды сорбции:

одновалентные:

                   7Li <23Na < 18(NH4) <39K < 207Pb;

двухвалентные:

                24Mg < 40Ca < 59Co < 112Cd;

трехвалентные:

                27Al < 56Fe.

    Ион Н+ сорбируется аномально прочно, так как имеет маленький размер и обладает способностью давать со многими анионами слабодиссоциированные соединения.

 

                      ВОПРОС 2.  Основные закономерности катионного обмена