КОЛЛОИДЫ ПОЧВЫ

КОЛЛОИДЫ ПОЧВЫ, наиболее мелкие частицы почвы. В свободном состоянии - в почвенной воде (в почвенном растворе) они образуют: а) устойчивые взвеси (суспензии) и б) коллоидные растворы (золи) (см. Коллоиды). В таком виде К. п. могут выноситься из одного слоя почвы в др. и отлагаться в нём, образуя различно уплотнённые слои, как, напр., плотный солонцовый слой в почвах сухих степей; плотный иллювиальный горизонт в сев. подзолистых почвах и т. д. Однако почвенные коллоиды обычно соединены в комки или агрегаты, т. е. находятся в состоянии гелей (в свёрнутом состоянии). Из агрегатов и комков коллоидные частицы м. б. переведены в суспензию, а в ряде случаев в состояние золя (пептизированы). Напр., при насыщении почвы ионами натрия (или лития) её агрегаты (комки, зёрна) распадаются в воде на первичные частички, и последние образуют суспензию и золи. Методами механического анализа взвешенные в воде частицы могут быть разделены на ряд фракций. Частицы размером от 0,5 до 0,001 μ составляют коллоидную фракцию почвы, содержание к-рой, в различных почвах (по весу) колеблется от 2% (в лёгких почвах) до 30 - 50% (в тяжёлых почвах). Агрономическое значение коллоидов почвы очень велико: они поглощают из почвенных растворов такие вещества, как аммоний, калий, фосфаты (см. Поглотительная способность почвы) и предохраняют их от вымывания; они участвуют в образовании почвенной структуры в качестве клеящих веществ и т. п.

Состав К. п. Коллоидная фракция почвы состоит из двух основных групп соединений: 1) органических - перегноя (см.), 2) минеральных - глины (см.). Главная масса органического вещества почвы представлена в виде коллоидов. Почвы различного типа почвообразования различаются по составу коллоидной фракции. В краснозёмах и верхних слоях подзолистых почв господствуют глинистые минералы каолинитовой группы, а также группы гидратов окисей железа и алюминия; в остальных почвах - минералы группы монтмориллонита и гидрослюд. В соответствии с указанными различиями в минералогическом составе валовой состав коллоидной фракции в почвах различных типов также неодинаков. Это отчётливо выявляется по соотношению кремнезёма и полуторных окислов. Так, величина молекулярного отношения SiО₂:(Al₂О₃+Fe₂О₃) для коллоидной фракции изменяется соответственно след. нисходящему ряду: чернозёмы, каштановые почвы, дерново-подзолистые почвы и краснозёмы. Параллельно с уменьшением молекулярного отношения SiО₂:(Al₂О₃+Fe₂О₃) при переходе от чернозёмов к краснозёмам падает величина поглотительной способности почв в отношении катионов и повышается поглотительная способность в отношении анионов, гл. обр. фосфатов, что, напр., снижает доступность р-ниям внесённых в почву фосфорных удобрений.

Свойства К. п. Коллоидные частицы почвы в большинстве случаев несут отрицательный электрический заряд. Вследствие этого в растворе они отталкиваются друг от друга; отталкивание препятствует соединению частиц в более крупные агрегаты и осаждению из раствора. При прибавлении к суспензии (или золю) к.-л. соли положительно заряженные ионы (катионы) последней поглощаются (адсорбируются) частицами, вследствие чего происходит либо ослабление электрической заряженности (электрокинетического потенциала) коллоидной частицы, либо её повышение. В первом случае сила взаимного отталкивания частиц уменьшается, и они при приближении друг к другу соединяются, образуют более крупные частицы (агрегаты, зёрна); этот процесс носит название коагуляции. В результате увеличения размеров частиц последние оседают из раствора (седиментируют), образуя осадок (коагель). В том же случае, когда прибавление соли повышает электрокинетический потенциал частиц, устойчивость суспензии (золя) увеличивается, т. е. коллоидные частицы не коагулируют. Прибавление таких веществ к коагелю (осадку) приводит к его диспергированию и образованию суспензии (или золя). Этот процесс называется пептизацией. Коагуляция является одним из факторов, ведущих к образованию микроструктурных агрегатов почвы; процесс же пептизации разрушает структуру почв. Коагуляция наступает при определённых концентрациях солевого раствора: низшая концентрация коагулятора получила название порога коагуляции. Порог коагуляции для разных солей (электролитов) различен; его величина для одного и того же электролита зависит от природы К. п. По энергии коагулирующего действия на К. п. наиболее часто встречающиеся в почвах катионы располагаются в след. ряд: Na<NH₄<K<Mg<H<Ca<Al<Fe. Следовательно, они подчиняются след. закономерностям: 1) по мере повышения валентности катиона увеличивается его коагулирующая сила (правило Шульце-Гарди); 2) в ряду катионов с одинаковой валентностью менее гидратированные катионы (т. е. катионы, к-рые в водном растворе солей связывают меньше молекул воды) коагулируют лучше, чем более гидратированные (гидратационный ряд); 3) исключение составляет ион водорода, к-рый по силе коагулирующего действия занимает первое место даже среди двухвалентных катионов. В зависимости от катиона, вызвавшего коагуляцию, последняя м. б. обратимой или необратимой. Это значит, что образовавшийся коагель по устранении причины, вызвавшей его образование и осаждение, может при прибавлении воды или дать снова коллоидный раствор (золь или суспензию), и это будет обратимая коагуляция; или образования золя не последует, что бывает при необратимой коагуляции. Растворы солей с одновалентными катионами вызывают обратимую коагуляцию, катионы Са, Mg, Н, а также Аl и Fe - необратимую.

Кроме электролитной (солевой) коагуляции К. п., необходимо ещё различать взаимную их коагуляцию. Положительно заряженные гидраты окиси железа и алюминия при известных условиях могут коагулироваться вместе с отрицательно заряженными золями кремнекислоты или перегноя. При этом образуются сложные коагели, сначала аморфные, а затем приобретающие кристаллическое строение. Эти соединения свойственны более глубоким иллювиальным горизонтам почв. В более сложных случаях взаимная коагуляция коллоидов ускоряется ещё электролитной их коагуляцией. Образование агрономически ценной структуры в верхних горизонтах почв, достигаемое в условиях травопольных севооборотов, повидимому, зависит от сложного процесса взаимной коагуляции, или цементации минеральных коллоидных частиц почвы при помощи её органических перегнойных веществ в результате действия таких коагуляторов-электролитов, как соединения кальция. Электролитная коагуляция почвенных коллоидов солями кальция происходит при известковании и гипсовании почв. Она хотя и устраняет явление пептизации и выноса коллоидов почвы в её нижние горизонты, но не приводит к образованию прочной крупнозернистой её структуры. Пептизация почвенных коллоидов из свёрнутого агрегатного их состояния также бывает двоякого рода: 1) вследствие замены поглощённых двухвалентных катионов одновалентными, чаще всего натрием (солонцы и солоди); 2) вследствие пептизирующего действия коллоидных растворов, чаще всего золей и истинных растворов органических веществ, В дерново-подзолистых кислых почвах пептизатором железа и алюминия являются кислые органические вещества. В основном этот процесс обусловливает образование подзолистого горизонта почв, из к-рого железо и алюминий выносятся в нижние слои.

От состояния К. п. зависит не только структурность почв и поглотительная способность почв к электролитам, но и др. важные агрономические свойства почв, а именно: кислотность, солонцеватость, водные свойства и др. Кислотность дерново-подзолистых почв и краснозёмов зависит от поглощённых ими ионов алюминия и водорода. Известкование почв приводит к замещению их ионами кальция и к устранению отрицательных кислых свойств почвы, Солонцеватость же почв сухих степей обусловлена поглощёнными ионами натрия, что приводит, как указано выше, к распаду агрегатов (зёрен, комков) почвы, набуханию почвы, образованию суспензий, Всё это приводит к резкому ухудшению агрономических свойств почвы. Улучшение солонцов достигается гипсованием, глубокой пахотой для "самогипсования", "самоизвесткования", что вызывает необратимую коагуляцию коллоидов почвы. Водные свойства почв в значительной степени зависят от содержания в них коллоидов. Чем больше в почве коллоидных частиц, тем больше её влагоёмкость и тем больше воды связывает она в недоступном для р-нии состоянии.

И. Антипов-Каратаев

Литература: Антипов-Каратаев И. и Рабинерсон А., Почвенные коллоиды и методы их изучения, Л., 1930; Вильямс В., Почвоведение (Земледелие с основами почвоведения), 6 изд., М., 1949; Гёдройц К., Учение о поглотительной способности почв, 4 изд., М., 1933; eгo же, Химический анализ почвы, 4 изд., М.-Л., 1935; Думанский А., Учение о коллоидах, 3 изд., М.-Л., 1948; Современные методы исследования физико-химических свойств почвы. Под ред. И.Н. Антипова-Каратаева, вып. 1, М.- Л., 1945, вып. 2, 1947, вып. 3, М,, 1948.

Источники:

1. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т. 2 (Ж - К)/ Ред. коллегия: П. П. Лобанов (глав ред) [и др.]. Издание третье, переработанное - М., Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1951, с. 624