ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ

ПОГЛОТИТЕЛЬНАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЧВЫ проявляется в том, что почвы, как и др. сильно измельчённые тела (напр., древесный уголь), поглощают газы, краски, обесцвечивая их растворы, а также удерживают часть веществ из растворов электролитов (солей, кислот, щелочей). Напр., продувая через трубку, наполненную просеянной почвой, воздух, содержащий аммиак, обнаруживают отсутствие аммиака в воздухе, выходящем из неё. Если пропускать слабый раствор метиленовой синьки (чернила) через почву на воронке или даже взбалтывать пробу почвы с таким раствором, вытекающая жидкость, так же как и отстой после взбалтывания, оказываются бесцветными. Это значит, что почвенные частички удержали аммиак и краску. Пропуская через почву слабый раствор хлорного железа или же медного купороса, в фильтрате легко обнаружить полное исчезновение реакции на железо или медь.

Впервые способность мелкоизмельчённых пористых тел поглощать красящие вещества обнаружена в конце 18 в. акад. Ловицем в Петербурге. П. с. п. начали изучать в 19 в., с появлением минеральных удобрений, считая, что, благодаря своей поглотительной способности, почва "удерживает удобрения", вносимые в неё. Однако впоследствии выяснилось, что почвы поглощают из солей, содержащихся в минеральных удобрениях, далеко не все важные для питания растений хим. элементы. Напр., азот удерживается почвой лишь в аммиачной форме; аммонийная селитра (NH₄NО₃), содержащая аммиачную и нитратную формы азота, отдаёт почве свою основную часть (NH₄ - ион), в то время как кислотная (NО₃) вымывается. Такова судьба в почве и азота, вносимого в виде других селитр [(NaNО₃, KNО₃, Ca(NО₃)₂]. Действительно, огромное большинство почв (чернозёмы, подзолистые, луговые, каштановые почвы, солонцы и торфы) поглощает из растворов электролитов катионы, в то время как концентрация анионов (NО₃, Cl) остаётся практически неизменной. Опыт показывает, что взамен поглощаемых из раствора катионов происходит обмен - вытеснение из почвы в раствор находившихся в ней "обменных" катионов, т. е. таких, к-рые рыхло связаны с поверхностью почвенных частичек. Обычно - это Са, Mg, а в солонцах и Na, в кислых почвах Н, Аl, Мn, реже железо. Ход такого обмена виден из следующей схемы:

Наиболее видное место в изучении П. с. п. принадлежит К. К. Гедройцу. Он различал следующие виды П. с. п.: 1) механическое поглощение (мелких твёрдых частиц); 2) физическое поглощение (целых молекул); 3) физико-химическое поглощение - обменное поглощение; 4) химическое поглощение (осаждение анионов - напр., фосфорной кислоты катионами Са, Fe, Al...; 5) биологическое поглощение. Чем больше в почве глинистых (<1 μ) частиц и перегноя, тем выше поглотительная способность. Более крупные фракции почвы поглощают катионы только в том случае, если их частицы одеты оболочкой, состоящей из коллоидов (напр., жёлтые и серые пески). Отсюда следует, что носителем поглотительной способности почв являются мельчайшие частицы почвы - её коллоиды (глина, перегной и образующиеся при их взаимодействии органо-минеральные коллоиды). В реакции поглощения катионов коллоидная частица играет роль кислоты, гигантского аниона: она обладает отрицательным зарядом, что показал ещё в 1807 московский химик Рейс. При пропускании постоянного тока через коллоидный раствор перегноя или взвеси (суспензии) глины и глина и гумус собираются у анода.

Ацидоидные (подобные кислотным) свойства коллоидов зависят как от их состава, так и от реакции почвы. Эти свойства тем выше, чем больше в глинистой фракции (на поверхности её частиц) SiО₂ по сравнению с Аl₂О₃ и Fe₂О₃ (молекулярное отношение SiО₂ к R₂О₃ равно от 2 до 6 - 7), чем больше перегноя в почве и чем выше показатель её активной реакции (рН). Наоборот, чем меньше в составе глины SiО₂ и чем больше Fe₂О₃ и Аl₂О₃, чем меньше перегноя и чем кислее реакция (чем ниже рН), тем слабее поглощение катионов, взамен к-рого нарастает поглощение анионов из растворов. Здесь почвенные коллоиды уже играют роль основания, имеют базоидный (подобный основаниям) характер. Пример этого - краснозёмы Зап. Грузии. В таких почвах закрепление аниона фосфорной кислоты делает ее трудно доступной растениям. Наоборот, обменные катионы легко усваиваются корнями растений. Почвы 1-й группы задерживают только те анионы, к-рые при взаимодействии почв с солевыми растворами дают труднорастворимые осадки с ионами Са, Аl и Fe, как обменными (см. схему реакции), так и имеющимися в почвенном растворе.

Но этот случай - обычная реакция химического осаждения из раствора, или хемосорбция.

Явления обменного или физико-химического поглощения в почве отличаются след. особенностями: 1) они протекают в гетерогенной (неоднородной) среде между поверхностью твёрдых частиц, с одной стороны, и газом или раствором - с другой; 2) они совершаются с почти мгновенной скоростью; 3) энергия поглощения (и вытеснения) возрастает в зависимости от валентности и атомного веса катионов их гидратации и степени диссоциации образующихся соединений коллоид - катион и, наконец, от величины радиуса катиона; 4) ёмкость поглощения, т. е. вся сумма обменных (способных вытесняться) катионов, для каждого коллоидного комплекса (глина, перегной) непостоянна; величина поглощения любого катиона, не содержащегося в обменном состоянии, растёт с увеличением рН раствора (Никольский и др.) и падает с понижением его. Последним обстоятельством объясняется то, что после известкования кислых почв ёмкость поглощения возрастает. Высушивание и даже "старение" коллоидов почвы ведёт к понижению ёмкости поглощения, ввиду уменьшения удельной поверхности коллоидов (они грубеют, собираются в большие агрегаты - сгустки, комки) и в результате обезвоживания - дегидратации, уменьшения числа ионогенных групп в перегнойных веществах (СООН и ОН) с образованием замкнутых группировок.

Кроме обменного поглощения ионов, в почвах происходит поглощение молекул газов, воды и слабо диссоциированных электролитов. Поглощение молекул идёт без обмена - безобменное ("аполярное"); поглощение ионов - с обменом ("полярное").

Далее поглощаются почвой и мельчайшие твёрдые частицы, в т. ч. и бактерии. Это так наз. "механическое" поглощение в почве.

П. с. п. развивается на поверхности коллоидных частиц и их сгустков. Чем меньше размер частиц, содержащихся в определённом объёме почвы, тем больше их общая поверхность, тем сильнее развиваются на ней поверхностные силы и тем выше поглотительная способность почвы.

При объяснении явлений поглощения пользуются как физической, так и хим. моделью коллоидной частицы, дополняющими одна другую. В 1-м случае коллоидную частицу, или мицеллу,. представляют состоящей из ядра, не принимающего участия в поглощении, из покрывающего её ионного слоя с отрицательными для перегноя и глины зарядами и со связанными с ним положительно заряженными поглощёнными ионами; катионы, непосредственно связанные с отрицательным ионным слоем, малоподвижны, а при действии постоянного тока легко отделяются, от частицы, передвигаясь к катоду; чем дальше От поверхности, тем слабее их связь с частицей; они образуют своеобразную ионную атмосферу или ионный "рой". Вот с ними и обмениваются своими катионами растворы электролитов. Чем сильнее гидратированы катионы "роя", тем шире эта ионная оболочка, тем более диссоциирована коллоидная "соль", тем выше заряд частицы, тем сильнее набухание, тем ниже энергия связи катионов. Химически картина поверхности коллоидной частицы представляется, как поверхность ультрамикрокристалла с расположенными на ней атомами и ионами, окружёнными электрическими полями, к к-рым притягиваются противоположно заряженные ионы (для почвы - катионы), а также дипольные (как у воды) молекулы и даже твёрдые частицы. Поэтому почва поглощает не только катионы, но и целые молекулы, присоединяющиеся к "активным" точкам своим противоположно заряженным полюсом. У перегнойных веществ такими активными в отношении поглощения группами их служат карбоксильные и гидроксильные группы СООН и ОН. Энергия поглощения катионов зависит не только от их атомного веса, валентности, степени гидратированности, но и от свойств другого участника процесса - поглотителя, почвенных коллоидов: различные составные части их - разные минералы, входящие в их состав, по-разному поглощают те или иные катионы. В соответствии со строением коллоидных мицелл проявляется разная энергия поглощения. От состава поглощённых катионов зависят многие физические, хим. и биологические свойства почв.

Почвы, в к-рых коллоидный комплекс насыщен Na (солонцы), наиболее сильно удерживают воду, сильно набухают, легко расплываются от действия воды, заиливаются, неспособны давать структуру, непроницаемы для воды, не фильтруют, почти не поднимают воду вследствие крайнего уменьшения просвета пор, плохо обеспечивают водой р-ние; в сухом состоянии бесструктурны, крайне связны, при обработке требуют очень большой затраты энергии; при высыхании дают прочную корку, сильно растрескиваются. Так же действуют и обменные ионы NH₄, К.

Наоборот, Са резко снижает указанные свойства коллоидного комплекса и является важнейшим фактором образования структуры почвы, определяющей агрономические свойства почвы. Почвы, насыщенные Са (чернозёмы, луговые почвы, перегнойно-карбонатные и т. д.), обладают наиболее благоприятными агрономическими свойствами.

Поглощённый Са в почве является фактором, предохраняющим от вымывания наиболее ценную часть почвы - перегной и глину. Насыщенные кальцием почвы требуют меньших затрат на горючее. Поэтому насыщенность почв кальцием - важное условие плодородия почвы. Ненасыщенные Са почвы - те, в к-рых поглощёнными катионами являются Н, Аl, Мn, это - кислые подзолистые почвы, неблагоприятные для культурных р-ний, страдающих от кислой реакции (люцерна, клевер, а также их клубеньковые бактерии и азотобактер). Ненасыщенные кальцием почвы, где Са замещён Na (солонцы), наоборот, отличаются щелочной реакцией (образование соды), также вредно влияющей на р-ния. В обоих случаях (особенно в последнем) ненасыщенность в отношении Са, как указано выше, отрицательно влияет на физ. свойства и прежде всего на структуру почвы, а вместе с тем и на все агротехнические свойства её. Для тех и др. почв первое условие поднятия их плодородия и снижения затрат на их обработку - восстановление насыщенности в отношении Са путём известкования почв (см.), а для солонцов - гипсованием (см.).

Для нормального развития р-ний необходимо присутствие, наряду с Са, и нек-рого количества обменного Mg.

Поглотительной способностью обладают все почвы и ряд минералов и пород. Меньше всего она у каолина (ок. 10 миллиэквивалентов на 100 г), достигая максимума у так наз. бентонитов (гумбрин, аскангель в Закавказье, огланлинская глина в Ср. Азии и т. д.) (ок. 100 миллиэквивалентов на 100 г), а также у глауконитовых пород (ок. 30 - 40 миллиэквивалентов на 100 г). У перегнойных веществ она в десятки раз выше, чем у минеральных коллоидов.

Явления поглощения катионов используют для умягчения воды (для паровых машин, для тракторов), пропуская жёсткую воду через глауконитовую породу, насыщенную Na и слегка прокалённую. Применяют для этих целей и искусственный смягчитель воды - так наз. пермутит, а в последнее время искусственные поглотители, дающие возможность получать воду, лишённую электролитов.

Поглотительную способность почвы и ила в последнее время используют в практике строительства каналов, водоёмов и плотин в так наз. методе осолонцевания почвы (см.), что позволяет успешно проводить борьбу с просачиванием воды без применения дорогих антифильтрационных одежд - исключительно путём обработки почв раствором поваренной соли или содержащих NaCl минералов (галит, сильвинит). Точно так же открываются возможности создания высокопрочного дешёвого строительного материала из местных грунтов, подвергнутых осолонцеванию (для сельского строительства, для улучшенных грунтовых дорог).

От физико-химической поглотительной способности почв В. Р. Вильямс резко отличает биологическое поглощение пищи р-ний. Биологическое поглощение и закрепление хим. элементов корнями р-ний, переносящими их из более глубоких слоёв в надземные части, играет огромную роль в почве. Микроорганизмы, используя не только органические, но и минеральные соединения, препятствуют их вымыванию (избирательная поглотительная способность почв по В. Р. Вильямсу, см. Почва). Так. обр., высшие р-ния и микробы противодействуют потере ценных для с. х-ва элементов. Явления биологического поглощения элементов (избирательная поглотительная способность почвы) служат основными факторами перераспределения и концентрации хим. элементов в почвенных горизонтах земной коры.

А. Соколовский

Литература: Антипов-Каратаев И. [и др.], К изучению природы почвенного поглощающего комплекса, Л., 1933; Гедройц К., Учение о поглотительной способности почв, 4 изд., М., 1933; Горбунов Н., Поглотительная способность почв и ее природа. Под ред. Л. И. Прасолова, М., 1948; Маттсон С., Почвенные коллоиды. Сборник... пер. с англ., М., 1938; Соколовский А., Курс сельскохозяйственного почвоведения, М.-Л., 1934.

Источники:

1. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т. 4 (П - С)/ Ред. коллегия: П. П. Лобанов (глав ред) [и др.]. Издание третье, переработанное - М., Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, М. 1955, с. 670