Почвенный раствор
Почвенные коллоиды
Почвенные коллоиды и их физико‑химические свойства
Способность почвы удерживать растворенные вещества во многом определяется наличием почвенных коллоидов — мельчайших частиц, формирующих основную площадь поверхности твердой фазы почвы. В глинистых почвах их содержание может достигать сорока процентов общей массы. По происхождению коллоиды подразделяются на минеральные, органические и органоминеральные. Минеральные представлены частицами глины и оксидами железа и кремния, органические образованы гумусом, а органоминеральные представляют собой сложные соединения этих компонентов.
Структурно почвенный коллоид имеет форму мицеллы, состоящей из ядра и окружающих его слоев ионов. Большинство почвенных коллоидов обладают отрицательным электрическим зарядом, благодаря чему активно притягивают молекулы воды и различные катионы. По отношению к воде коллоиды делятся на гидрофильные и гидрофобные. Гидрофильные способны активно набухать и удерживать влагу, тогда как гидрофобные удерживают ее значительно слабее.
Важным свойством коллоидных систем является способность переходить из жидкого состояния золя в плотный осадок — гель. Этот процесс называется коагуляцией и играет важную роль в образовании устойчивой комковатой структуры почвы. Обратный процесс, называемый пептизацией, происходит при увлажнении и может приводить к разрушению структуры, что характерно, например, для солонцовых почв.
Поглотительная способность почвы
Совокупность почвенных коллоидов образует почвенный поглощающий комплекс. Учение о его свойствах было разработано академиком Константином Гедройцем. Он выделил несколько типов поглотительной способности почвы.
Механическое поглощение действует как фильтр, задерживая частицы, размеры которых превышают размеры почвенных пор. Физическое поглощение связано с поверхностной энергией почвенных частиц, благодаря которой они притягивают растворенные вещества. Химическое поглощение происходит в результате реакций между веществами раствора и компонентами почвы с образованием труднорастворимых соединений.
Физико‑химическое или обменное поглощение заключается в способности почвы обменивать собственные катионы на катионы почвенного раствора в эквивалентных пропорциях. Биологическое поглощение осуществляется растениями и микроорганизмами, которые избирательно извлекают из почвы необходимые элементы питания.
Свойства почвы во многом зависят от состава поглощенных катионов. Кальций и магний способствуют повышению плодородия и нейтрализации кислотности, тогда как избыток водорода и алюминия делает почву кислой, а натрий разрушает структуру и способствует щелочному засолению.
Почвенный раствор и его реакция
Вода, находящаяся в почве, образует почвенный раствор, содержащий различные газы, органические вещества и минеральные соли. Его состав зависит от природных условий. В лесных и таежных районах, где почва интенсивно промывается атмосферными осадками, раствор обычно слабоминерализован. В засушливых областях, напротив, происходит накопление солей, что приводит к формированию солончаков.
Высокая концентрация солей препятствует поглощению воды корнями растений, поэтому большинство сельскохозяйственных культур не способны расти на таких почвах. Важной характеристикой почвенного раствора является его кислотно‑щелочная реакция, выражаемая показателем pH.
Кислая реакция характерна для торфяных и подзолистых почв, нейтральная — для черноземов, а щелочная — для солонцов. Некоторые растения способны переносить повышенную кислотность, однако сильная щелочность, особенно связанная с присутствием соды, неблагоприятна для большинства культур.
Мелиорация и буферность почвы
Для улучшения химических свойств почвы применяются методы химической мелиорации. Кислые почвы подвергают известкованию, которое снижает кислотность, а щелочные почвы обрабатывают гипсом для уменьшения содержания натрия.
При этом многие почвы обладают естественной буферностью — способностью поддерживать относительно стабильную реакцию среды. Буферность позволяет почве нейтрализовать поступающие кислоты или щелочи и сохранять оптимальные условия для растений.
Наиболее высокой буферной способностью обладают суглинистые и глинистые почвы, особенно богатые гумусом. Высокое содержание органических веществ и глинистых коллоидов обеспечивает способность таких почв поддерживать устойчивое химическое равновесие. Внесение органических удобрений также способствует повышению буферности почвы.