Ґрунтознавство

Сорбційна ємність ґрунтів – максимальна кількість речовини, здатна сорбуватися ґрунтом. Через поліфункціональність ґрунту як сорбенту його сорбційна ємність буде неоднакова до різноманітних речовин, включаючи катіони. Наприклад, К+ одночасно може поглинатися за обмінним і необмінним типом, Nа+ – переважно обмінно, Zn2+ – за обмінним типом, а також за типом комплексоутворювальної і осадової сорбції. Тому поняття сорбційної ємності варто застосовувати до конкретних речовин або іонів.

Сорбційна ємність може досягати величезних значень для речовин, здатних до осадового поглинання за рахунок розчинення ґрунтових сполук і утворення термодинамічно більш стійких осадків з іоном, що надходить у грунт. Наприклад, взаємодія гіпсу з розчинним фосфатом, що йде за схемою

3CaSO4 + 2HPO42- → Ca3 (PO4) 2 ↓+ 3SO42- + 2H+,

може протікати аж до повного переходу гіпсу у фосфат.

Ємність катіонного обміну (ЄКО) – максимальна кількість катіонів, утримувана ґрунтом в обмінному стані. Це відносно стабільна величина для кожного ґрунту, проте і вона залежить від рН внаслідок амфолітоідності деякої частини ґрунтових поверхонь, а також від природи іонів, що беруть участь в обмінному поглинанні. У зв'язку з цим необхідна стандартизація методу визначення ЄКО. Поширений стандартний метод – визначення ЄКО по кількості поглиненого іона Ва2+ із буферного розчину при рН 6, 5.

ЄКО залежить від типу ґрунту, утримання основних катіонопоглинаючих компонентів (глинисті мінерали, органічна речовина), гранулометричного складу і варіює в дуже широких границях. Можна зазначити лише переважні значення ЄКО для різноманітних ґрунтів.

Селективність іонного обміну. За інших рівних умов (концентрації в еквівалентних одиницях, рН і т. ін.) той самий грунт поглинає з розчинів, що містять суміш різноманітних іонів, неоднакові кількості як катіонів, так і аніонів. В основному витримується закономірність, відповідно до якої велику спорідненість до ґрунту мають іони з більш високим зарядом і з більшою масою. Почасти цю закономірність пояснюють характером гідратації і радіусом гідратованих іонів, хімічною спорідненістю, особливо для аніонів, і іншими причинами. У більшості типів ґрунтів наводять такі ряди катіонів і аніонів по зростанню здатності до обмінного поглинання:

Na+ < NH4+  K+ < Mg2+  Ca2+ < H+ < Al3+;

Cl-  NO3¯ < SO42- < PO43- (HPO42-, H2PO4-).

Проте ці ряди не є універсальні і можуть змінюватися в різноманітних ґрунтах і в залежності від умов – рН, температури, концентрації і т. ін.

Різноманітні ґрунти істотно відрізняються друг від друга за складом катіонів, що знаходяться в обмінному стані (табл. 1)

Крім зазначених у таблиці, у складі ГПК знаходяться практично всі катіони, необхідні для живлення рослин: К+, NН4+, мікроелементи, але їхня доля в складі обмінних катіонів невелика, десь декілька відсотків.

Загальний вміст всіх обмінних катіонів, крім Н+ і Аl3+, називають сумою обмінних основ. У залежності від наявності в складі ГПК іонів водню і алюмінію розрізняють ґрунти насичені (Н+ і Аl3+ відсутні) і ненасичені основами.

Склад обмінних катіонів залежить від типу ґрунтоутворення, складу материнської породи, іноді від складу ґрунтових вод, якщо вони залягають близько до поверхні.

Найкращі умови для живлення рослин створюються, якщо в складі ГПК переважають Са2+ і катіони, необхідних для живлення рослин. Несприятливі умови виникають при наявності в ГПК значних кількостей обмінних Н+ і Аl3+ (кислі або ненасичені основами ґрунти), а також Nа+, часто в поєднанні з підвищеним вмістом Мg2+ і присутністю в ґрунті вільних карбонатів лужних і лужноземельних металів (солонці, лужні ґрунти). Іон Н+ і Аl3+, частково переходячи в ґрунтовий розчин, можуть створювати значну кислотність. Іони алюмінію підкислюють ґрунтовий розчин унаслідок гідролізу солей алюмінію

AlCl3 + 3H2O → Al (OH) 3 + 3HCl

Підкислювання може бути настільки значним, що рН ґрунтового розчину знижується до 3, 5 (це характерно для деяких торф'яно-болотних і болотно-підзолистих ґрунтів), що пригнічує рослини. Крім того, у великих концентраціях (3-7 мг на 100 г ґрунту) іон Аl3+ токсичний для багатьох рослин.

Іон Nа+ у поглиненому стані впливають різко негативно на фізичні і водно-фізичні властивості ґрунтів унаслідок пептизації ґрунтових колоїдів. У рівновазі з обмінно-поглиненим Nа+ знаходиться Nа+ ґрунтового розчину, що підлужує його іноді до рН більш 9. Підвищена лужність несприятливо впливає на стан рослин.

Кислотність ґрунтів – це здатність ґрунту підкислювати ґрунтовий розчин або розчини солей унаслідок наявності в складі ґрунту кислот, а також обмінних іонів водню і катіонів, що утворюють при їхньому витисненні гідролітично кислі солі (переважно Аl3+). Розрізняють актуальну кислотність, обумовлену значенням рН ґрунтового розчину або водяної витяжки, і потенційну кислотність, носієм якої є іони Н+ і Аl3+, що знаходяться у твердій фазі ґрунту в обмінно-поглиненому стані, але підкислюючі ґрунтовий розчин у результаті обмінних реакцій при збільшенні в ньому концентрації електролітів.

За засобом визначення потенційної кислотності розрізняють обмінну і гідролітичну кислотності.

Обмінну кислотність визначають кількістю іонів Н+ і Аl3+, що