Агрохимия

Реакции обмена между поглощенными ППК и ионами почвенного раствора обратимы и протекают в эквивалентных количествах и соотношениях. Обменные реакции заканчиваются установлением некоторого подвижного равновесия. Установление этого равновесия зависит от состава, концентрации и объема раствора, природы обменивающихся анионов и катионов и свойств почвы. Удобрения, мелиоранты, минерализация органического вещества почвы, увлажнение и подсыхание почвы, потребление ионов растениями смещают это равновесие, и тогда одни анионы и катионы переходят из раствора в ППК, а другие в обмен на первые наоборот — из ППК в раствор.

Количество катионов, вытесняемых из ППК в раствор, возрастает при постоянной концентрации раствора с увеличением объема, а при постоянном объеме его — с увеличением концентрации. Скорость реакций обмена катионов между ППК и раствором чрезвычайно велика — за 3—5 мин с момента внесения водорастворимых удобрений до 85 % катионов их поглощается ППК с выделением эквивалентных количеств ранее содержащихся в ППК других катионов.

Энергия обменного поглощения и закрепления катионов в ППК возрастает с увеличением их валентности, а в пределах одной валентности — с увеличением атомной массы и вместе с тем зависит от диаметра катионов в гидратированном состоянии. С ростом атомной массы возрастают размеры катионов и снижается степень их гидратации, поэтому размеры (диаметры) гидратированных катионов при этом уменьшаются. Чем меньше гидратирован катион, тем прочнее его связь с ППК и тем легче он вытесняет из ППК более гидратированные катионы. По возрастающей способности к поглощению с учетом размеров в гидратированном состоянии разновалентные катионы располагаются в следующий ряд:

⁷ Li⁺ <²⁵ Na⁺ <¹⁸ N Н J <³⁹ К⁺ <⁸⁹ Rb⁺ «²⁷ Mg²⁺ < ⁴⁰Са²⁺ <

< ⁵⁹Со²⁺ «²⁷А1³⁺ < ⁵⁶Fe³⁺.

Среди одновалентных катионов в силу меньших размеров в гидратированном состоянии исключением являются аммоний и особенно водородный ион Н⁺ или в гидратированном состоянии Н₃0⁺ (гидроксоний), который благодаря очень малым размерам по энергии поглощения в 4 раза превосходит кальций и в 17 раз — натрий.

Обмен катионов может происходить как на внешней (экстра-мицелярно), так и на внутренней поверхности коллоидов (интра-мицелярно). Глинистые минералы группы монтмориллонита (монтмориллонит, иллит, вермикулит, мусковит) с трехслойной кристаллической решеткой, способной расширяться при увлажнении, могут поглощать катионы как экстра-, так и интрамицеляр-но. Проникшие в межпакетное пространство катионы (К⁺, NHJ, Rb⁺ и Cs⁺) при подсыхании почвы и сокращении этого пространства оказываются замкнутыми в гексагонах — зафиксированными и недоступными растениям, но позднее при увлажнении почвы могут выйти из этого пространства и стать доступными растениям.

Фиксация калийных и аммонийных катионов соответствующих удобрений возрастает с увеличением среди минералов монт-мориллонитовой группы, особенно в коллоидной и предколлоид-ной фракциях гранулометрического состава почвы. Внесение аммиачных и калийных удобрений глубже, в слои почвы с устойчивой влажностью, позволяет заметно снизить необменное поглощение (фиксацию) вносимых катионов и сохранить их в усвояемой для растений форме.

Почва как исключительно сложный полифункциональный сорбент поглощает ионы, молекулы и частицы питательных веществ удобрений и мелиорантов нередко одновременно по нескольким типам взаимодействия. Знание этих взаимодействий позволяет профессионально регулировать с помощью имеющихся природно-экономических ресурсов продуктивность культур, плодородие почв и качество получаемой продукции.

3.2.6. ЕМКОСТЬ ПОГЛОЩЕНИЯ И СОСТАВ ПОГЛОЩЕННЫХ КАТИОНОВ ПОЧВ

Максимальное содержание обменно-поглощенных катионов в почве называют емкостью катионного обмена (ЕКО) или емкостью поглощения; она выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. Если в 100 г почвы содержится в обменно-поглощенном состоянии 160 мг кальция, 24 магния и 3 мг водорода, ЕКО (Т) будет равна:

Т=1^+—+-=13,0мгэкв/100г,

20 12 1 '

где 20 — эквивалентная масса Са, 12 — Mg и 1—Н.

ЕКО возрастает с увеличением в почве органического вещества, дисперсности гранулометрического состава от песчаных, супесчаных к суглинистым и глинистым (особенно с увеличением доли коллоидной и предколлоидной фракций) и с возрастанием минералов монтмориллонитовой группы. ЕКО органического вещества твердой фазы почвы в 10—30 раз выше минеральной части этой фазы, и при содержании гумуса 5—6 % на его долю приходится более 50 % общей емкости катионного обмена. ЕКО разных почв сильно колеблется — от 5—10 мгэкв/100 г в легких дерново-подзолистых разностях до 20—70 мг экв/100 г в черноземах. При подкислении почвы и увеличении содержания амфотерных коллоидов (амфолитоидов) в ней ЕКО снижается.