Кислотно-основное состояние черноземов выщелоченных при длительном использовании в пашне северной лесостепи южного Зауралья (стр. 2 из 10)

В зависимости от характера вытеснения различают две формы потенциальной кислотности – обменную и гидролитическую. Обменная кислотность проявляется при обработке почвы раствором нейтральной соли:

[ППК^-]

+ 4KCl [ППК^-] + HCl + AlCl_3.

Образующаяся в результате взаимодействия солевого раствора с почвой и гидролитического расщепления соляная кислота характеризует обменную кислотность. Величина обменной кислотности выражается в миллиграмм-эквивалентах Н⁺ и Аl³⁺, количество которых определяется методом титрования, или величиной рН солевой вытяжки, полученной при обработке почвы раствором нейтральной соли [3, 8].

Гидролитическая кислотность определяется как общая кислотность почвы, включающая в себя актуальную, обменную и «собственно» гидролитическую. Она значительно больше обменной и выражается в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы. В отсутствие актуальной и обменной видов «собственно» гидролитическая кислотность не вредна для растений и микроорганизмов. Это наблюдается во всех черноземах, кроме южных [9].

С гидролитической кислотностью приходится встречаться чаще, чем с обменной, она свойственна большинству почв, даже черноземам. Эта кислотность включает менее подвижную часть поглощенных ионов Н⁺, труднее обменивающихся на катионы почвенного раствора. Определять ее необходимо для решения ряда практических вопросов применения удобрений – установления норм извести и возможности эффективного применения фосфоритной муки. При обработке почвы раствором уксуснокислого натрия в раствор переходят все содержащиеся в почве ионы водорода (и алюминия), т. е. определяется сумма всех видов кислотности (актуальная, обменная и гидролитическая). Чтобы определить величину собственно гидролитической кислотности, необходимо из общего показателя вычесть величину обменной кислотности. Обычно этого не делают и термином «гидролитическая кислотность» обозначают общую кислотность почвы, выражая ее в мг-экв на 100 г почвы.

Еще в начале XX века некоторые исследователи (Вейч в США, Дайкухара в Японии и, несколько позже, Каппен в Германии) обратили внимание на то, что в нейтрально солевых вытяжках из кислых почв присутствует Аl, и приняли за причину обменной кислотности наличие Аl среди поглощенных катионов почвы. Как уже указывалось выше, реакция нейтральной соли с кислой почвой, содержащей Аl на поверхности коллоидных частиц, представляется в следующем виде:

АlСl являясь гидролитически кислой солью, подкисляет раствор:

АlСl₃ +3Н₂О → Аl(ОН)₃+3НCl.

Мера подкисления определяется титрованием:

АlСl₃+NaОН → Аl(ОН)₃ + 3NаСl.

Иное представление о природе почвенной кислотности поддерживалось К.К. Гедройцем, который считал причиной кислотности наличие в почве обменного Н⁺. Возражая Дайкухара и Каппепу, К.К. Гедройц (1930) объяснял появление Аl в фильтрате вторичной реакцией между НСl (продуктом взаимодействия кислой, т, е. содержащей обменный Н-ион почвой и нейтральной солью) и основными формами Аl твердой фазы почвы, легко вступающими в реакцию.

Взгляды Гедройца на вторичное происхождение Аl при взаимодействии почв с растворами нейтральных солей разделяли многие крупные исследователи в области химии почвы (Вигнер, 1930; Гиссинк, 1925 и др.). В дальнейшем к ним присоединился и Каппен (1929).

Представление о наличии водородного иона среди обменных катионов подтверждалось рядом явлений. Прежде всего, водородный ион, постоянно появляющийся в почве (в результате биологических процессов образования угольной кислоты, азотной кислоты, органических кислот), служит несомненным первичным фактором подкисления. Значение его усиливается тем, что протон (ион Н⁺) обладает наибольшей из всех ионов подвижностью и высокой способностью адсорбироваться. Во многих кислых почвах, прежде всего в почвах или почвенных горизонтах, богатых органическим веществом, в большинстве случаев отсутствует эквивалентность между кислотностью и количеством Аl в растворе: кислотность этих почв, определяемая титрованием вытяжек, больше, чем количество Аl, найденное в вытяжках. Суспензии кислых почв в исследованиях Раис и Осуги (1918) вызывают инверсию сахара, что считалось доказательством наличия в них Н, являющихся катализаторами реакции инверсии. Все эти (и некоторые другие) факты привели в 30-х годах исследователей в области химии почвы к сравнительно единодушному представлению о наличии Н⁺-иона па поверхности почвенных частиц, как об единственной причине обменной кислотности.

Сравнивая поглощение Аl из 0,05 н. растворов: 1) АlСl₃; 2) АlСl₃, нейтрализованного на 1/3 NаОН, т. е. содержащего Аl(ОН)²⁺, и 3) АlСl₃, нейтрализованного на 2/3 NаОН, т. е. содержащего Аl(ОН)⁺₂,– Чернов обнаружил еще более высокую адсорбционную способность у основных форм алюминия по сравнению с трехвалентными ионами. Видимо, решающую роль здесь играет слабая диссоциированность соединений, которые образуют ионы, включающие Аl, с ионами потенциал-определяющего слоя. Вторым моментом, подкрепляющим точку зрения Чернова, является эквивалентность между титрирной кислотностью КCl – вытяжек из кислых почв и содержанием Аl в этих вытяжках (за отмеченными выше исключениями: лесной подстилки; торфянистых почв; верхних горизонтов подзолистых почв). При обмене же равновалентных ионов разведение не влияет на количество адсорбированных ионов. Чернов использовал это положение для суждения о том, Н⁺ или Аl³⁺ обмениваются. с К⁺ солевого раствора при определении кислотности. В его опытах разведение раствора КCl приводило к резкому снижению величины определяемой кислотности, что принималось за подтверждение участия в обмене Аl-иоиов.

Однако все данные В. А. Чернова относятся к вытяжкам из почв и не являются прямым доказательством присутствия Аl среди обменных катионов. Работы В.А. Чернова вызвали оживленную дискуссию (Аскинази, Карпинский и Ремезов, 1955; Ярусов и Соколова, 1950; Моисеев, 1954). Доказательства присутствия Аl среди обменных катионов были получены лишь в самые последние годы в опытах, проводившихся с использованием обмеппо-способных смол. В опытах Харуорд и Колеман ( 1954) катионит насыщался в одном случае Аl путем промывания раствором АlСl₃, в другом случае – Н-ноном путем промывания нормальным раствором НCl. Поскольку катионит представляет собой органическое вещество, появление Аl при промывке его НCl невозможно. С этими двумя образцами смол сравнивались по теплоте нейтрализации образцы различно подготовленных глин. Глина, промытая 1 н. НCl или пропущенная через колонку Н⁺-смолы, показала ту же величину теплоты нейтрализации, что и Н⁺-смола, т. е. оказалась насыщенной Н⁺-ионом.

Выше указывалось, что почвенная кислотность оказывает отрицательное влияние па развитие растений; при этом Аl оказывает гораздо более резкое токсическое действие па растения, чем Н. В опытах С.С. Ярусова и М.Ф. Соколовой (1950) при доведении почв, насыщенных ионами водорода или алюминия до одинаковой реакции (рН), горчица сильнее страдала от кислотности на почвах, насыщенных ионами алюминия. Поданным Е.Б. Дьяковой (1948), при содержании в почве 6-8 мг подвижного Аl на 100 г почвы клевер испытывает значительное угнетение. При повышении содержания подвижного Аl до 10-12 мг на 100 г почвы клевер страдает очень сильно и выпадает.

Различают актуальную и потенциальную щелочность. Актуальная щелочность обусловливается наличием в почвенном растворе гидролитически щелочных солей (Na₂CO₃, NaHCO₃, Са(НСО₃)₂ и др.), которые при диссоциации определяют преобладающую концентрацию гидроксид-ионов.

При определении актуальной щелочности различают общую щелочность, щелочность от нормальных карбонатов и от бикарбонатов. Щелочность от нормальных карбонатов может проявляться как в результате обменных реакций почв, содержащих поглощенный натрий, так и вследствие жизнедеятельности сульфатредуцирующих бактерий, восстанавливающих в анаэробных условиях и в присутствии органического вещества сернокислые соли натрия с образованием соды:

Na₂SO₄ + 2С = 2СО₂ + Na₂S; Na₂S + CO₂ + Н₂О = Na₂CO₃ + H₂S.

Потенциальная щелочность обнаруживается у почв, содержащих поглощенный натрий. Щелочность почвенного раствора характеризуется в миллиграмм-эквивалентах кислоты, необходимой для нейтрализации ионов ОН^- раствора, обусловленных ионами НСО₃^- (щелочность бикарбонатов), СО₃^2- (щелочность нормальных карбонатов) или их суммой (общая щелочность) [3, 10].

Реакция почвенного раствора наряду с величинами обменной и гидролитической кислотности зависит от емкости поглощения и степени насыщенности почвы основаниями. Степень насыщенности почвы основаниями – второй важный показатель нуждаемости почв в известковании. Чем он ниже, тем выше нуждаемость и наоборот. Емкость поглощения катионов почвой – это максимальное количество обменных катионов, которые могут быть поглощены почвой. Ее выражают в миллиграмм-эквивалентах на 100 г почвы (мг-экв/100 г). Чем выше емкость катионного обмена (ЕКО) почвы, тем экономически выгоднее и экологически безопаснее разовое (запасное, периодическое) внесение больших доз удобрений и мелиорантов под культуры. Чем ниже ЕКО, тем острее необходимость дробного внесения небольшими дозами удобрений и мелиорантов под те же культуры [3, 9].

ЕКО и состав поглощенных катионов играют огромную, если не решающую, роль в питании растений и превращении удобрений. Они определяют реакцию и буферные свойства твердой и жидкой фаз ее, а также катионно-анионный состав и концентрацию почвенного раствора и, следовательно, обусловливают выбор вида, дозы, формы, срока и способа внесения удобрений и мелиорантов для возделываемых культур на каждой конкретной почве.