ПОЧВА

Кислотность почвы

 

Реакция почвы оказывает большое влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов, на скорость и направленность происходящих в ней химических и биохимических процессов. Усвоение растениями питательных веществ, интенсивность микробиологической деятельности в почве, минерализация органических веществ, разложение почвенных минералов и растворение различных труднорастворимых соединений, коагуляция и пептизация коллоидов и другие физико-химические процессы в сильной степени зависят от реакции почвы. Она оказывает значительное влияние на эффективность вносимых в почву удобрений. Удобрения, в свою очередь, могут изменить реакцию почвенного раствора, подкислять или подщелачивать ее.

Реакция почвенного раствора зависит от соотношения в нем ионов водорода (Н⁺) и гидроксида (ОН^–). Концентрацию ионов водорода в растворе принято выражать условно символом рН, который обозначает отрицательный логарифм концентрации водородных ионов. В зависимости от концентрации ионов водорода и величины рН реакция почвенного раствора подразделяется следующим образом:

 

Таблица. Реакция почвенного раствора

 

Близкая к нейтральной (рН 6,5–7) реакция раствора у обыкновенного и мощного черноземов. Выщелоченные черноземы и серые лесные почвы имеют слабокислую реакцию (рН 5,5–6,5), а дерново-подзолистые и некоторые торфяные почвы – кислую или сильнокислую (рН 4–5 и ниже).

Кислые почвы занимают в нашей стране значительные площади и широко используются для выращивания зерновых, кормовых, овощных и технических культур.

Многие сельскохозяйственные культуры и полезные почвенные микроорганизмы отрицательно относятся к повышенной кислотности. В связи с этим важное значение имеет выяснение природы почвенной кислотности и разработка способов ее устранения.

Различают следующие виды почвенной кислотности: актуальную (или активную) кислотность и потенциальную (скрытую) кислотность, которая подразделяется, в свою очередь, на обменную и гидролитическую.

Актуальная кислотность – это кислотность почвенного раствора, обусловленная повышенной концентрацией в нем ионов Н⁺ по сравнению с ионами ОН^–.

В почве постоянно образуется СО₂. При растворении углекислого газа в почвенной влаге образуется Н₂СО₃, которая диссоциирует на ионы Н⁺ и НСО₃^–. В результате повышения концентрации ионов водорода в растворе, он подкисляется.

Поэтому, чем выше концентрация СО₂ в почвенном воздухе, тем больше его растворяется в почвенной влаге и тем сильнее подкисляется раствор.

Однако образующаяся в почвенном растворе углекислота нейтрализуется поглощенными основаниями (Ca, Mg, Na), а также карбонатами кальция и магния. При взаимодействии углекислоты с карбонатом кальция или с поглощающим комплексом, насыщенным кальцием, образуется растворимая соль – бикарбонат кальция:

 

CaCO₃ + H₂CO₃ = Ca(HCO₃)₂;

(П.П.К.) Ca + 2H₂CO₃ = (П.П.К.) Н + Ca(HCO₃)₂.

 

Если в почве в поглощенном состоянии содержится натрий, то в растворе может образоваться бикарбонат или карбонат натрия:

 

(П.П.К.) Na + H₂CO₃ = (П.П.К.) Н + NaHCO₃;

(П.П.К.) Na + H₂CO₃ = (П.П.К.) Н + Na₂CO₃.

 

Углекислые соли кальция и натрия в растворе подвергаются гидролитическому распаду, и образуется очень слабая угольная кислота и сильные основания:

 

Ca(HCO₃)₂ + 2H₂O = Ca(OН)₂ + 2H₂CO₃;

NaHCO₃ + H₂O = NaOH + H₂CO₃;

Na₂CO₃ + 2H₂O = 2NaOH + H₂CO₃.

 

В растворе повышается концентрация гидроксильных ионов, он подщелачивается. Особенно сильно подщелачивает раствор карбонат натрия, затем бикарбонат натрия и слабее – бикарбонаты кальция и магния. Поэтому в почвах, содержащих в поглощенном состоянии много натрия (солонцы, солончаки), в растворе образуются углекислые соли натрия, и почвенный раствор становится щелочным.

В тех почвах, где в составе поглощенных катионов наряду с кальцием и магнием имеются ионы водорода (выщелоченные черноземы, серые лесные и дерново-подзолистые почвы), реакция почвенного раствора определяется содержанием в нем одновременно углекислоты и бикарбоната кальция, а также растворимых органических кислот и их солей. Реакция раствора этих почв зависит от состава поглощенных катионов и колеблется в пределах рН 5–7. Чем меньше в поглощающем комплексе катионов кальция и чем больше катионов водорода, тем меньше в почвенном растворе будет бикарбоната кальция и больше свободной H₂CO₃ и тем ниже рН.

Таким образом, актуальная кислотность – это кислотность почвенного раствора, создаваемая углекислотой (H₂CO₃), водорастворимыми органическими кислотами и гидролитически кислыми солями. Она определяется измерением рН водной суспензии или водной вытяжки из почвы. Актуальная кислотность оказывает непосредственное влияние на развитие растений и почвенных микроорганизмов.

Кроме актуальной кислотности, существует потенциальная (скрытая) кислотность почвы, которая обусловлена наличием ионов водорода или алюминия в поглощенном состоянии. Часть поглощенных почвой ионов водорода может быть вытеснена в раствор катионами нейтральных солей. Так, если почву обработать ратвором KCl, то катионы калия поглотятся почвой, а из по-глощающего комплекса перейдут в раствор ионы водорода:

 

(П.П.К.) H + KCl = (П.П.К.) K + HCl.

 

В результате такого вытеснения ионов Н⁺ почвенный раствор подкисляется. Этот вид кислотности почвы получил название обменной кислотности. Кроме поглощенного водорода, в сильнокислых минеральных почвах находится поглощенный алюминий, также способный переходить в раствор при взаимодействии почвы с нейтральными солями:

 

(П.П.К.)Al + 3KCl = (П.П.К.) К + AlCl₃.    

 

В растворе хлористый алюминий подвергается гидролитической диссоциации с образованием слабого основания и сильной кислоты:

 

AlCl₃ + 3H₂O = Al(OН)₃ + 3HCl.

 

Кислота, образующаяся при вытеснении из почвы алюминия во время обработки ее раствором нейтральной соли, и обменнопоглощенный водород, который переходит в солевую вытяжку, составляют обменную кислотность почвы. Следовательно, обменная кислотность – это кислотность, обусловленная обменнопоглощенными ионами водорода и ионами алюминия, которые извлекаются из почвы при обработке ее раствором нейтральной соли.

Обменная кислотность приобретает особенно большое значение при внесении в почву больших количеств растворимых минеральных удобрений. Легко переходя в активную форму и подкисляя почвенный раствор, она отрицательно влияет на развитие чувствительных к кислотности растений и почвенных микроорганизмов. Особенно токсичен для многих растений переходящий в раствор алюминий. Поэтому при внесении в кислые почвы извести необходимо добиваться нейтрализации не только актуальной, но и обменной кислотности.

Обменную кислотность определяют путем обработки навески почвы нормальным раствором KCl. В фильтрате (солевой вытяжке) затем измеряют величину рН или титруют вытяжку щелочью и выражают величину обменной кислотности в миллиграмм – эквивалентах на 100 г почвы. В величину обменной кислотности входит и актуальная кислотность, следовательно, обменная кислотность почвы всегда больше, чем актуальная, а рН солевой вытяжки соответственно ниже, чем рН водной вытяжки, если почва обладает обменной кислотностью.

При обработке почвы раствором нейтральной соли не все поглощенные ионы водорода переходят в раствор, то есть в этом случае не выявляется вся потенциальная кислотность. Более полно ионы водорода из почвенного поглощающего комплекса можно вытеснить, действуя на почву нормальным раствором гидролитически щелочной соли, например уксуснокислого натрия (CH₃COONa). В водном растворе эта соль гидролитически расщепляется и образует слабодиссоциирующую уксусную кислоту и сильное основание, поэтому раствор становится щелочным (рН около 8,2):

 

CH₃COONa + H₂O ↔ CH₃COOН + NaOH ↔ CH₃COOН + Na⁺ + ОН^–

 

Щелочная реакция раствора этой соли и является главной причиной более полного вытеснения поглощенного водорода из почвы.

При взаимодействии раствора уксуснокислого натрия с почвенным поглощающим комплексом ионы водорода вытесняются в раствор в обмен на катионы натрия и связываются с оставшимися гидроксильными ионами; образуются труднодиссоциирующие молекулы H₂O:

 

(П.П.К.) H + CH₃COOН + Na⁺ + ОН^– → (П.П.К.) Na + CH₃COOН + H₂O.

 

Чем больше ионов натрия поглотит почва и больше гидроксильных ионов будет связано, тем больше в растворе образуется уксусной кислоты. Количество ее можно определить титрованием раствора щелочью. Этот вид кислотности почвы, выявляемый посредством гидролитически щелочной соли, получил название гидролитической кислотности.

Гидролитическую кислотность выражают в мг∙экв на 100 г почвы.