Склад обмінних катіонів, кислотність, лужність і буферність ґрунтів

Різноманітні ґрунти істотно відрізняються друг від друга за складом катіонів, що знаходяться в обмінному стані (табл.1)

Крім зазначених у таблиці, у складі ГПК знаходяться практично всі катіони, необхідні для живлення рослин: К⁺, NН₄^+, мікроелементи, але їхня доля в складі обмінних катіонів невелика, десь декілька відсотків.

Загальний вміст всіх обмінних катіонів, крім Н⁺ і Аl³⁺, називають сумою обмінних основ. У залежності від наявності в складі ГПК іонів водню і алюмінію розрізняють ґрунти насичені (Н⁺ і Аl³⁺  відсутні) і ненасичені основами.

Склад обмінних катіонів залежить від типу ґрунтоутворення, складу материнської породи, іноді від складу ґрунтових вод, якщо вони залягають близько до поверхні.

Таблиця 6.1 - Склад обмінних катіонів у деяких ґрунтах

 

Ґрунти	Горизонт	Глибина, см	Са^2+	Mg^2+	H^+ + Al^3+	Na^+
Дерново-підзолистий піщаний	Апах В1 В2 В3	0-10 18-26 50-60 75-85	0,9 0,2 0,3 0,5	0,3 0,1 0,1 0,1	2,3 1,1 0,6 0,7	- - - -
Сірий лісовий опідзолений	А1 А2 В1 В2 З	0-6 18-28 30-40 60-70 130-140	12,5 2,5 7,0 10,0 13,5	2,5 0,5 0,8 1,7 2,5	2,5 2,0 3,2 2,9 2,6	- - - - -
Темно-сірий лісовий	А1 А2 В1 ВР	1-10 20-30 60-70 115-125	37,5 26,0 25,1 33,5	6,2 6,1 4,1 2,1	2,1 1,6 2,9 0,8	- - - -
Чорнозем типовий	Апах А1 В1	0-10 20-30 60-70	39,1 34,6 27,2	6,0 3,4 2,7	- - -	- - -
Темно-каштановий	Апах А1 В1	0-10 30-40 50-60	27,6 26,6 23,5	5,5 5,6 4,9	- - -	1,0 1,0 1,1

 

Найкращі умови для живлення рослин створюються, якщо в складі ГПК переважають Са²⁺ і катіони, необхідних для живлення рослин. Несприятливі умови виникають при наявності в ГПК значних кількостей обмінних Н⁺ і Аl³⁺  (кислі або ненасичені основами ґрунти), а також Nа⁺, часто в поєднанні з підвищеним вмістом Мg²⁺ і присутністю в ґрунті вільних карбонатів лужних і лужноземельних металів (солонці, лужні ґрунти). Іон Н⁺ і Аl³⁺ , частково переходячи в ґрунтовий розчин, можуть створювати значну кислотність. Іони алюмінію підкислюють ґрунтовий розчин унаслідок гідролізу солей алюмінію

AlCl₃ + 3H₂O → Al(OH)₃ + 3HCl

Підкислювання може бути настільки значним, що рН ґрунтового розчину знижується до 3,5 (це характерно для деяких торф'яно-болотних і болотно-підзолистих ґрунтів), що пригнічує рослини. Крім того, у великих концентраціях (3-7 мг на 100 г ґрунту) іон Аl³⁺ токсичний для багатьох рослин.

Іон Nа⁺ у поглиненому стані впливають різко негативно на фізичні і водно-фізичні властивості ґрунтів унаслідок пептизації ґрунтових колоїдів. У рівновазі з обмінно-поглиненим Nа⁺ знаходиться Nа⁺ ґрунтового розчину, що підлужує його іноді до рН більш 9. Підвищена лужність несприятливо впливає на стан рослин.

Кислотність ґрунтів - це здатність ґрунту підкислювати ґрунтовий розчин або розчини солей унаслідок наявності в складі ґрунту кислот, а також обмінних іонів водню і катіонів, що утворюють при їхньому витисненні гідролітично кислі солі (переважно Аl³⁺). Розрізняють актуальну кислотність, обумовлену значенням рН ґрунтового розчину або водяної витяжки, і потенційну кислотність, носієм якої є іони Н⁺ і Аl³⁺, що знаходяться у твердій фазі ґрунту в обмінно-поглиненому стані, але підкислюючі ґрунтовий розчин у результаті обмінних реакцій при збільшенні в ньому концентрації електролітів.

За засобом визначення потенційної кислотності розрізняють обмінну і гідролітичну кислотності.

Обмінну кислотність визначають кількістю іонів Н⁺ і Аl³⁺,  що титруються у витяжці, що готується за допомогою розчину нейтральної солі - 1н КСl. Обмінна кислотність характеризується також розміром рН сольової витяжки (1н КСl). Для кислих ґрунтів інтервал значень рН сольової витяжки лежить у дуже широких границях - від 3 (іноді менше) до 6.

Гідролітичну кислотність (Н_г) визначають титруванням кислоти, але в сольовій витяжці, приготовленої на підставі ацетату натрію. Гідролітична кислотність вище обмінної в зв'язку з тим, що рівновага іонного обміну в даному випадку зрушена убік більш повного переходу обмінно-поглинених іонів Н⁺ у рідку фазу внаслідок застосування гідролітично лужної солі (більший ступінь гідролізу солей алюмінію в лужному середовищі з утворенням осадженого Аl(ОН)₃ і іона Н⁺) і створення слабкої оцтової кислоти.

 

Обмінна кислотність

 

ГПК            + 4KCl ↔ ГПК             + AlCl₃ + HCl

 

Гідролітична кислотність

 

ГПК      + 4СН₃СООNa + 3H₂O → ГПК             + Al(OH)₃ ↓ + 4CH₃COOH

 

 

Таким чином, обмінна кислотність - це частина гідролітичної кислотності ґрунтів.

Між рН сольової витяжки (потенційна кислотність) і гідролітичною кислотністю для ґрунтів одного типу й однакового механічного складу існує кореляційна залежність.

 Розрізняють актуальну і потенційну лужність.

Актуальна лужність визначається вмістом у ґрунтовому розчині або водяній витяжці гідролітично лужних солей, переважно карбонатів і гідрокарбонатів лужних і лужно-земельних металів (Nа₂СО₃, NаНСО₃, Са(НСО₃)₂). Актуальна лужність може визначаться значенням рН водяної витяжки, а також титруванням водяної витяжки кислотою й оцінюватися в м-екв на 100 г ґрунту.

Потенційна лужність ґрунтів визначається вмістом обмінного Nа⁺, оскільки натрій може переходити в ґрунтовий розчин, підлужуючи його.

Лужність ґрунтів прийнято оцінювати тільки за значенням актуальної лужності.

З процесами іонного обміну пов'язана така важлива властивість ґрунтів, як їхня буферність. Якщо в ґрунтовий розчин увести будь-яку сіль (хімічний меліорант, добриво), то завдяки процесам іонного обміну зміна концентрації ґрунтового розчину за іонами, що уведені, не буде відповідати введеній кількості речовини, що уведена. Таким чином, шляхом ГПК виконує важливу функцію регулятора концентрації ґрунтового розчину. Здатність ґрунту протистояти зміні концентрації ґрунтового розчину називається буферною здатністю ґрунту. Можна говорити і про більш широке поняття буферності ґрунту як її поліфункціональної властивості стійкості до зміни не тільки концентрації ґрунтового розчину, але і її окисно-відновного стана й ін. Часто під буферністю ґрунту розуміють лише здатність ґрунту протистояти зміні її реакції при впливі лужних і кислих речовин.

У ґрунті є буферні системи, що працюють за різноманітними механізмами, часто без участі твердої фази ґрунту. Наприклад, кислотно-основна буферність ґрунту може в значній мірі визначатися наявністю в ґрунтовому розчині слабких кислот, основ і їхніх солей.

Ґрунти як поліфункціональний сорбент із розвитою поверхнею мають здатність поглинати різноманітні речовини з газової фази. Всі ґрунти в певній мірі поглинають пари води. На цьому засноване визначення важливого водно-фізичного показника - максимальної гігроскопічності. Ґрунт здатний поглинати двоокис вуглецю, різноманітні токсичні гази, здатжні до випару пестициди, наприклад, гексахлоран, пари ртуті і її сполуки й ін. Ці процеси грають важливу роль у поведінці багатьох токсикантів у ґрунті. Проте явища сорбції ґрунтом із газової фази вивчені в меншому ступені, ніж сорбція з розчинів.