Факторы, определяющие поглотительную способность почв

Московский Государственный  Университет Технологии и Управления имени К.Г. Разумовского

 

Институт биотехнологий  и рыбного хозяйства

 

 

 

Контрольная работа по почвоведению

Тема: «Факторы, определяющие поглотительную

способность почв»

 

 

 

 

 

 

Выполнил:    студентка 1 курса заочной формы  обучения

                       Лозицкая Янина Владимировна

                       специальность 022000,62

                        3395

 

Проверил:    

 

 

 

 

Москва 2013 г.

 

Содержание

 

1. Введение
2. Поглотительная способность почв
3. Почвенный поглощающий комплекс (ППК). Почвенные коллоиды
4. Строение и заряд почвенных коллоидов
5. Сорбционные процессы в почвах
6. Физическое состояние почвенных коллоидов
7. Экологическое значение поглотительной способности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение 

Почва -  особое природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе; состоит из генетически связанных горизонтов (образуют почвенный профиль), возникающих в результате преобразования поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием воды, воздуха и организмов; характеризуется плодородием. Представление о почве, как о самостоятельном природном теле с особыми свойствами, отличающими его от материнской (почвообразующей) породы, развивающемся в результате взаимодействия факторов почвообразования, было создано в последней четверти 19 в. В. В. Докучаевым — основателем современного почвоведения. До этого почву обычно рассматривали в качестве одного из геологических образований. Плодородие почвы, т. е. способность обеспечивать растения водой и пищей, позволяет ей участвовать в воспроизведении биомассы.

 

Природное плодородие имеет  различный уровень, зависящий от состава и свойств почвы и факторов почвообразования. Под влиянием агротехнических, агрохимических и мелиоративных воздействий почва, являющаяся в сельском хозяйстве основным средством производства, приобретает эффективное, или экономическое, плодородие, показателем которого служит урожайность с.-х. культур.         

 

      Основные факторы почвообразования — климат, материнская порода, растительный и животный мир, рельеф и геологический возраст территории, а также хозяйственная деятельность человека. Климат влияет на характер выветривания горных пород, воздействует на тепловой и водный режимы почвы, обусловливая проходящие в ней процессы и их интенсивность, и в значительной степени определяет растительный покров и животный мир.

 

Материнская порода в процессе почвообразования превращается в почву. От её гранулометрического (механического) состава и структурных особенностей зависят физические свойства почвы — водо- и воздухопроницаемость, водоудерживающая способность и пр., а следовательно, Водный режим почвы, Тепловой режим почвы, воздушный режим, скорость передвижения веществ в почве и др. Минералогический состав материнской породы определяет минералогический и химический состав почвы и первоначальное содержание в ней элементов питания для растений. Растительность непосредственно воздействует на почву: корни рыхлят и оструктуривают почвенную массу, извлекают из неё минеральные элементы. В естественных условиях минеральные и органические вещества поступают в почву и на её поверхность в виде корневого и наземного опада. Годовое количество опада изменяется примерно от 5—6 ц/га в пустынях и 10 ц/га в арктических тундрах до 250 ц/га во влажных тропических лесах. Различен и качественный состав опада: его зольность изменяется от 1 до 15%. В почве опад подвергается воздействию микрофлоры, минерализирующей до 80—90% его массы и участвующей в синтезе гумусовых веществ, которые образуются из продуктов распада и микробных метаболитов. Представители животного мира (главным образом беспозвоночные, живущие в верхних горизонтах почвы и в растительных остатках на поверхности) в процессе жизнедеятельности значительно ускоряют разложение органических веществ и способствуют формированию органо-минеральных почвенных агрегатов, т. е. структуры почвы.

 

 Основное влияние рельефа  заключается в перераспределении  по земной поверхности климатических  (влаги, тепла и их соотношения) и др. факторов формирования почвы. Время развития зрелого почвенного профиля для разных условий — от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Возраст территории вообще и почвы в частности, а также изменения условий почвообразования в процессе их развития оказывают существенное влияние на строение, свойства и состав почвы. При сходных географических условиях почвообразования почвы, имеющие неодинаковые возраст и историю развития, могут существенно различаться и принадлежать к разным классификационным группам. Хозяйственная деятельность человека влияет на некоторые факторы почвообразования, например на растительность (вырубка леса, замена его травянистыми фитоценозами и др.), и непосредственно на почву путём её механической обработки, мелиорации, внесения минеральных и органических удобрений и т.п. При соответствующем сочетании этих воздействий можно направленно изменять почвообразовательный процесс и свойства почвы. В связи с интенсификацией сельского хозяйства влияние человека на почвенные процессы непрерывно возрастает.

 

Поглотительная способность  почв

Поглотительной способностью почвы называется ее свойство обменно либо необменно поглощать различные твердые, жидкие и газообразные вещества или увеличивать их концентрацию у поверхности содержащихся в почве коллоидных частиц.

Учение  о поглотительной способности почв разработано в трудах К. К. Гедройца, Г. Вигнера, С. Маттсона, Е. Н. Гапона, Б. П. Никольского. Наиболее полно характеристика поглотительной способности почв изложена в работах К. К. Гедройца, который выделил пять ее видов.

 

 Виды поглотительной способности почв

 

1. Механическая поглотительная способность — это свойство почв поглощать поступающие с водным или воздушным потоком твердые частицы, размеры которых превышают размеры почвен- 
ных пор. От размера и формы пор зависят крупность задерживаемых частиц и глубина их проникновения в почву. Вода, проходя сквозь почвенную толщу, очищается от взвесей, что позволяет использовать это свойство почв и рыхлых пород для очистки питьевых и сточных вод. При строительстве оросительных систем свойство почв поглощать твердые частицы используется для заиливания дна и стенок каналов в целях уменьшения потерь воды на фильтрацию (кольматирование каналов, водохранилищ).

2. Химическая поглотительная способность обусловлена образованием в результате происходящих в почве химических реакций труднорастворимых соединений, выпадающих из раствора в осадок. Поступающие в почву в составе атмосферных, грунто- 
вых поливных вод катионы и анионы могут образовывать с солями почвенного раствора нерастворимые или труднорастворимые соединения.

3. Биологическое поглощение вызвано способностью живых почвообитающих организмов (корни растений, микроорганизмы) поглощать различные элементы. Биологическая поглотительная способность характеризуется большой избирательностью поглощения, обусловленной специфической для каждого вида потребностью живых организмов в элементах питания.

4. Физическая поглотительная способность –способность почвы увеличивать концентрацию молекул различных веществ у поверхности тонкодисперсных частиц. Поверхностная энергия 
таких частиц, измеряющаяся произведением поверхностного натяжения, возникающего на границе соприкосновения дисперсной фазы с дисперсионной средой, на суммарную поверхность 
частиц дисперсной фазы, Стремится к наибольшему сокращению. Это реализуется или уменьшением поверхности твердой фазы (укрупнение частиц), или понижением поверхностного натяжения путем адсорбции на поверхности частиц некоторых веществ. Вещества, понижающие поверхностное натяжение, называются поверхностно-активными {органические кислоты, алкалоиды, многие высокомолекулярные органические соединения). Они притягиваются к поверхности тонкодисперсных частиц, т. е. испытывают положительную физическую адсорбцию. Многие минеральные соли, кислоты, щелочи, некоторые органические соединения повышают поверхностное натяжение воды, 
вызывая явление отрицательной физической адсорбции, при которой концентрация данных веществ уменьшается по мере приближения к поверхности частицы. Понижение поверхностного 
натяжения достигается в данном случае избирательной адсорбцией молекул воды, а не растворенных в ней веществ.

5. Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность — способность почвы поглощать и обменивать ионы, находящиеся на поверхности коллоидных частиц, на эквивалентное количество ионов раствора, взаимодействующего с твердой фазой почвы. Это свойство почвы обусловлено наличием .в ее составе так называемого почвенного поглощающего комплекса 
(ППК), связанного с почвенными коллоидами.

 

 

Почвенный поглощающий  комплекс (ППК).

Почвенные коллоиды.

Обменная поглотительная способность  почв обусловлена наличием в ней почвенного поглощающего комплекса. Почвенный поглощающий комплекс (ППК) — это совокупность минеральных, органических и органоминеральных соединений высокой степени дисперсности, нерастворимых в воде и способных поглощать и обменивать поглощенные ионы.

Почва относится к гетерогенным полидисперсным образованиям, для которых коллоидное состояние вещества имеет большое значение. Поглотительной способностью обладают как коллоидные частицы (0,2—0,001 мкм), так и предколлоидная фракция (0,2— 1 мкм).

 

Почвенные коллоиды образуются в процессе выветривания н почвообразования в результате дробления крупных частиц или путем соединения молекулярно раздробленных веществ. В почве хорошо развита поверхность раздела между твердой (дисперсная фаза), жидкой и газообразной (дисиерснонная среда) фазами. Между ними постоянно происходят процессы взаимодействия, устанавливается динамическое равновесие.

Характерной особенностью почвенных  коллоидов является наличие большой  суммарной и удельной (поверхность почвенных частиц в м² или см² в единице массы или объема почвы) поверхности.

Удельная  поверхность является одним из параметров, определяющих химическую активность почв, так как с увеличением дисперсности частиц их химическая активность возрастает.

 

 

 

 

 

 

 

Строение и заряд почвенных  коллоидов

В почвах всегда присутствуют минеральные, органические и оргшоминеральные коллоиды, состав и количественное соотношение которых зависит от характера почвообразующих пород и типа почюобразования.

Основу  коллоидной частицы, называемой, по предложению  Г Вигнера, коллоидной мицеллой, составляет ее ядро, природой которого во многом определяется поведение почвенных коллоидов. Ядра коллоидной мицеллы представляет собой сложное соединение аморфного или кристаллического строения различного химического состава. Обобщенная схема строения коллоидной мицеллы, которой для наглядности придана шарообразная форма, представлена на рис.

На поверхности ядра расположен прочно удерживаемый слой ионов, несущий  заряд, — слой потенциалопределяющих  ионов. Ядро мицеллы вместе со слоем потенциалопределяющих ионов называется гранулой. Между гранулой и раствором, окружающим Коллоид, возникает термодинамический потенциал, под влиянием которого из раствора притягиваются ионы противоположного знака (компенсирующие ионы). Так, вокруг ядра коллоидной мицеллы образуется двойной электрический слой, состоящий из слоя потенциалопределяющих и слоя компенсирующих ионов. Компенсирующие ионы, в свою очередь, располагаются вокруг 'гранулы двумя слоями. Один — неподвижный слой, прочно удерживаемый электростатическими силами потенциалопределяющих ионов (слой Гельмгольца). Гранула вместе с неподвижным слоем компенсирующих ионов называется коллоидной частицей. Между Коллоидной частицей и окружающим раствором возникает электрокинетическии потенциал, под влиянием которого находится второй (диффузный) слой компенсирующих ионов, обладающих способностью к эквивалентному обмену на ионы того же знака заряда из окружающего раствора.

Коллоидная  мицелла электронейтральна. Основная масса ее принадлежит^ грануле, поэтому заряд последней рассматривается как заряд всего коллоида. Возникновение заряда у различных коллоидов связано с особенностями их химического состава и структуры. Отрицательный заряд приобретают коллоиды за счет разрыва связей и облома пакетов глинистых минералов, различных форм почвенных кальцитов, несиликатных соединений железа и алюминия (их оксидов и гидроксидов) и освобождения валентностей краевых ионов кислорода. Заряды у коллоидов органической природы (например, гуминовая кислота) возникают за счет диссоциации водородных ионов карбоксильных (СООН) и фенолгидроксильных (ОН) групп. Наибольшей способностью к диссоциации обладает водород карбоксильной группы.

Коллоиды, имеющие в потенциалопределяющем слое отрицательно заряженные ионы и диссоциирующие в раствор Н ионы, называются ацидоидами (кислотоподобными). Ясно выраженными кислотными свойствами в условиях преобладающих в почве значений рН обладают кремнекислота и гуминовая кислота. Коллоиды, имеющие в потенциалопределяющем слое положительно заряженные ионы и "посылающие в раствор ионы ОН, называют базоидами. Коллоиды гидроксидов железа, алюминия, протеины в зависимости от реакции среды ведут себя то как кислоты (ацидоиды), то как основания (базоиды). Коллоиды с такой двойственной функцией называются амфотерными коллоидами, или амфолитои-дами.

 

Сорбционные процессы в почвах

Основным механизмом физико-химической, или обменной, поглотительной   способности почв является процесс  сорбции.

Неспецифическая, или обменная, сорбция  катионов — способность катионов диффузного слоя почвенных коллоидов обмениваться на эквивалентное количество катионов соприкасающегося с ним раствора. Обменные катионы составляют небольшую часть от их общего содержания в почве. В обменном состоянии в почвах обычно находятся Са²⁺, Mg²⁺, К⁺, NН4+, Na⁺, Mn²⁺, Fe²⁺, F³⁺, H⁺, Al³⁺. Основными закономерностями обменной сорбции катионов являются:

1) эквивалентность обмена между поглощенными катионами 
почвы и катионами взаимодействующего раствора.

2) в  ряду разновалентных ионов энергия поглощения возрас- 
тает с увеличением валентности иона: Li⁺<Na⁺<K⁺<< NH₄⁺ < Cs⁺ < Mg²⁺ < Ca²⁺ < Al³⁺ < Fe³⁺. Под энергией поглощения понимается относительное количество поглощения ка- 
тионов почвами при одинаковой их концентрации в растворе;

3)энергия  поглощения определяется радиусом  негидратированного иона: чем меньше радиус, тем слабее связывается ион.

4) внутри рядов ионов одной валентности энергия поглощения возрастает с увеличением атомной массы, атомного номера.