Головна » Статті » Теорія географії » Грунтознавство | [ Додати статтю ] |
2.
Лужність
ґрунтів 3.
Буферність
ґрунтів 4. Склад ґрунтового повітря та його роль у
ґрунтоутворенні 5. Повітряні
властивості режим ґрунту 6. Радіоактивність ґрунтів 1. Кислотність грунтів Природа
кислотності та її види. Від складу і концентрації речовин, розчинених в
ґрунтовому розчині, залежить його активна реакція. Реакція ґрунтового розчину
зумовлюється наявністю і співвідношенням в ньому водневих (Н+) і гідроксильних
(ОН~) іонів. Величину активної реакції виражають в одиницях рН — десятичний
логарифм концентрації Н+-іонів з від'ємним знаком. Отже, рН=—1§[Н+]. Вода в
звичайних умовах в незначній кількості дисоціює, тобто розпадається на іони Н+
і ОН~. Концентрація їх незначна. Добуток концентрацій [Н+] • [ОН~ ] = 10-14. В
ідеально чистій воді концентрація цих іонів однакова: [Н+] = [ОН~] =10~7. Збільшення
концентрації іонів Н+ (доливання кислоти) зумовлює кислу реакцію розчину
[Н+]>10-7. Збільшення концентрації основ підвищує концентрацію іонів ОН~.
Розчин набуває лужної реакції [ОН-]>10-7. В
нейтральних розчинах, в яких [Н+] = [ОН~] = 10~7, величина рН = 7, в кислих—
менше 7, в лужних — більше 7. рН ґрунтових розчинів коливається в межах від 3
до 9. Залежно
від стану іонів Н+ розрізняють актуальну і потенціальну кислотність. Актуальна
кислотність зумовлена наявністю в ґрунтовому розчині вільних іонів Н+. її
величину (рН) визначають у водних витяжках. Потенціальна
кислотність зумовлена наявністю в ГВК увібраних іонів Н+ і А13+, які
знаходяться в твердій фазі ґрунту. Іони алюмінію підкислюють ґрунтовий розчин
внаслідок гідролізу солей алюмінію. АІСІз +
ЗН2О -> А1 (ОН) з + ЗНС1. За
способом визначення потенціальної кислотності виділяють обмінну і гідролітичну
кислотності. Обмінна
кислотність — концентрація іонів водню, витіснених з дифузного шару колоїдної
міцели катіонами нейтральних солей. Для визначення обмінної кислотності використовують
1,0н. розчин КС1 (рН близько 6,0). Гідролітична
кислотність. Іони водню утримуються колоїдною часткою дуже міцно і при обміні з
катіонами нейтральної солі повністю не витісняються. Якщо діяти на ґрунт
гідролітичне лужною сіллю (солі з сильною основою і слабким кислотним
залишком), то відбудеться майже повне витіснення увібраних іонів водню. Для
визначення гідролітичної кислотності використовують ЇМ розчин СН3СООМа (рН
близько 8,2). Меліорація
кислих ґрунтів. Кисла реакція ґрунтів несприятлива для більшості культурних
рослин і корисних мікроорганізмів. Вона негативно впливає на процес формування
родючості ґрунтів. Кислі ґрунти мають погані фізичні властивості. Через
відсутність основ органічна речовина в цих ґрунтах не закріплюється, вони бідні
на поживні елементи, не містять хлоридів, сульфатів, карбонатів, їх ґрунтова
маса погано оструктурена. Отже, ступінь кислотності ґрунтів є важливим
показником під час оцінки генетичної і виробничої якості ґрунту. За
величиною рН ґрунти поділяють на сім агровиробничих груп. Дозу
вапна розраховують за гідролітичною кислотністю орного горизонту. Внесена доза
вапна має повністю нейтралізувати увібрані Н+ і А13+. Якщо 20-сантиметровий
шар ґрунту має щільність 1,3 г/см3, його маса на площі 1 га становитиме 2600 т.
Встановлено, що для нейтралізації 1 г-екв гідролітичної кислотності на 100 г
ґрунту на 1 га слід вносити 1,3 т СаСО3. Проте в ґрунт вносять не повну дозу
вапна, а певну її частину залежно від біологічних особливостей культурних
рослин. Крім
наведеного методу дозу вапна на 1 га ґрунту можна розрахувати, користуючись
формулою а-10-100-3
000 000 Х ~ 1 000 000
000 , де а —
повна гідролітична кислотність, ммоль. Доведено,
що між рН сольової витяжки і гідролітичною кислотністю ґрунту певного механічного
складу існує чітка кореляційна залежність. Враховуючи це, розроблені спеціальні
таблиці, що дають змогу визначити дозу за рН сольової витяжки.
2. Лужність грунтів Лужна
реакція ґрунтових розчинів може бути зумовлена різними сполуками: карбонатами,
гідрокарбонатзми, хло-ридзми і сульфатами лужних і лужноземельних металів,
гуматами натрію, силікатами та іншими сполуками. Основну роль при цьому
відіграють гідролітичне лужні солі слабких кислот, а саме: карбонати натрію і
калію, гідрокарбонати натрію і калію, карбонати кальцію і магнію. Основні
аніони, які зумовлють лужну реакцію, є: 52-;
РО3-; Н38іО-; Н2ВО-; А1(Н2О)2(ОН)-; ПРО; Н5-; НСО-. Розрізняють
актузльну (активну) і потенціальну лужність. Актуальна
лужність зумовлена наявністю в ґрунтовому розчині гідролітично лужних солей,
під час дисоціації яких утворюється значна кількість гідроксильних іонів.
Лужність ґрунту визначають титруванням водної витяжки в присутності різних
індикаторів і виражзють в мілігрзм-еквівзлентзх на 100 г ґрунту. Потенціальна
лужність проявляється у ґрунтах, які містять увібраний натрій. При дії нз
ґрунт вугільною кислотою увібраний ГВК натрій заміщується іонами Н+. В
ґрунтовому розчині утворюється сода, яка підвищує лужну реакцію: [ГВК]
2^+ + Н2СО3 =** [ГВК]2Н+ + N33.003. Висока
лужність несприятлива для росту і розвитку більшості сільськогосподарських
рослин. Лужні ґрунти мають низьку родючість, несприятливі фізичні властивості
і хімічний склад. Вони, як правило, тверді, зцементовані, безструктурні, у
вологому стані в'язкі, липкі, водонепроникні. Меліорація
лужних ґрунтів проводиться внесенням гіпсу (гіпсування) та інших солей
(кальцієва селітра сульфзт заліза, піритні недогарки). При цьому відбувається
заміщення обмінного натрію на кальцій, [ГВК]
2ІМа+ + Са8О4 = [ГВК] Са2+ + №28О4. Сульфат
натрію, який при цьому утворюється, потрібно вимити прісною водою в нижні
горизонти. При внесенні гіпсу також відбувається нейтралізація соди, яка є
найшкідливішою сполукою в засолених ґрунтах. N32003
+ Са8О4 = СаСО3 + N32804. Содові
солончаки доцільно меліорувати сірчаною кислотою (кислування). (-
Н28О4 = N32804 + Н2О + СО2 3. Буферність грунтів Буферністю
називають здатність ґрунту протистояти зміні активної реакції під дією
незначної кількості кислот або лугів. Отже, існує буферність проти кислотних і
буферність проти лужних реагентів. Буферність
ґрунтів зумовлена в основному складом увібраних основ та властивостями
ґрунтового вбирного комплексу. Ця властивість проявляється в процесі вбирання
і витіснення іонів, переходу сполук в іонні або молекулярні форми, утворення
важкорозчинних сполук і випадання їх в осад. При дії
на ґрунт кислотою відбувається обмін між увібраними катіонами і іонами водню, в
ґрунтовому розчині утворюється нейтральна сіль. Отже, підкислення ґрунту не
відбувається. [ГВК]Са2+
+ 2НС1 = [ГВК]2Н+ + СаС12. При дії
на ґрунт лугом відбувається обмін увібраних іонів водню на катіон лугу, в
результаті чого він нейтралізується. Лужна буферність властива кислим ґрунтам. [ГВК]2Н+
+ Са(ОН)2 = [ГВК] Сз2+ + Н2О. Тзким
чином, ГВК є регулятором концентрації ґрунтового розчину. Величина (діапазон) буферності залежить від вмісту в ґрунті тонкодисперсних
часток. Глинисті ґрунти мають високу буферність, піщані — майже не мають її. Явище буферності має велике значення при хімічній меліорації ґрунтів та
застосуванні мінеральних добрив. 4. Склад грунтового повітря т айого роль у грунтотворенні Ґрунтове
повітря — це суміш газів і летких органічних сполук, які заповнюють пори
ґрунту. Основними джерелами надходження повітря в ґрунт є приземний шар
атмосфери і гази, які утворюються в ґрунті. Воно потрібне для дихання коренів
рослин, аеробних мікроорганізмів, тваринних організмів. Ґрунтове
повітря перебуває в ґрунті у трьох станах: вільному,, адсорбованому і
розчинному. Вільне
повітря заповнює капілярні і некапілярні пори, легко переміщується в ґрунті і
обмінюється з атмосферою. Його газовий склад значно відрізняється від складу
атмосферного повітря. Лише вміст азоту залишається близьким до його вмісту в
атмосфері. Вміст
СО2 в ґрунтовому повітрі може бути в десятки і сотні разів більший, ніж в
атмосфері, а вміст О2 знижується від 20,9 до 10 % і нижче. Адсорбція
газів поверхнею твердої фази ґрунту залежить від будови їх молекул. Найбільше
адсорбується аміак, найменше азот Розчинність
газів у воді залежить від їх концентрації в ґрунтовому повітрі і температури.
Найкраще розчиняються у воді аміак, сірководень, вуглекислий газ, найменше —
азот. При пониженні температури розчинність газів збільшується. Велике
значення в ґрунтових процесах має кисень. У ґрунт з атмосфери він надходить
дифузно. Витрачається на дихання коренів, мікроорганізмів. Оптимальні умови
для дихання створюються при вмісті О2 в ґрунтовому повітрі близько 20 %. В разі
нестачі кисню в ґрунті розвиваються анаеробні процеси, які негативно впливають
на родючість ґрунту. Високий
вміст вуглекислого газу в ґрунтовому повітрі зумовлюється біологічними
процесами. За високої концентрації СО2 (>2 — 3 %) спостерігається
пригнічений розвиток рослин. Дифузію
СО2 з ґрунту в приземний шар атмосфери прийнято називати диханням ґрунту.
Інтенсивність дихання ґрунту залежить від характеру рослинності, системи
обробітку, гідротермічних умов тощо. Воно наростає з півночі на південь.
Тундрові ґрунти протягом року виділяють в атмосферу 0,3 т/га, підзолисті — від
3,5 до ЗО, сірі лісові — від 20 до 60 і чорноземи — від 40 до 70 т/га СО2.
Підвищення концентрації СО2 в приземному шарі атмосфери підвищує інтенсивність
фотосинтезу. 5. Повітряні властивості. Режим грунту Сукупність
фізичних властивостей ґрунтів, які визначають стан і переміщення ґрунтового
повітря, називають повітряними властивостями ґрунту. Найважливішими з них є:
повітро-<ємкість, вміст повітря, повітропроникність і аерація. Повітроемкість
ґрунту — максимально можлива кількість повітря (в %), яка міститься в
повітряносухому непорушеному ґрунті. Ця величина залежить від гранулометричного
складу і острук-туреності ґрунту. Піщані і структурні ґрунти мають високу
повіт-роємкість. Вміст
повітря — величина, яка вказує, скільки повітря (в %) містить одиниця об'єму
ґрунту в даний момент. Вона безперервно змінюється залежно від зміни вологості.
Тому максимальний вміст повітря має сухий ґрунт. Повітропроникністю
(газопроникністю) називають здатність ґрунту пропускати крізь себе повітря.
Вона залежить від гранулометричного складу і оструктуреності ґрунту, тобто від
об'єму і конфігурації пор. Найкращу газопроникність мають структурні розпушені
ґрунти. Аерація
ґрунту — безперервний газообмін ґрунтового повітря з атмосферним. В процесі
аерації ґрунтове повітря збагачується на кисень, потрібний для дихання живих
організмів, а приземний шар повітря — вуглекислим газом, який використовують
рослини в процесі фотосинтезу. Аерація ґрунту зумовлюється газовою дифузією
внаслідок коливання температури, зміною атмосферного тиску, періодичним
зволоженням і висиханням ґрунту та іншими факторами. Сукупність
всіх явищ надходження повітря в ґрунт, зміна його складу, виділення в атмосферу
називають повітряним режимом ґрунту. Він постійно змінюється під впливом
погодних умов, рослинності, обробітку ґрунту тощо. Найсприятливіший повітряний
режим мають структурні ґрунти. Вони забезпечують мікроорганізми і кореневу
систему вищих рослин киснем у потрібній кількості. Регулюють
повітряний режим ґрунту агротехнічними та меліоративними заходами (розпушення
ґрунту, осушення перезволожених земель, створення водоміцної структури тощо). 6. Радіоактивність грунту Радіоактивність
ґрунтів зумовлена наявністю в них радіоактивних елементів. В науковій літературі
немає даних про безпосередній вплив радіоактивності на процеси
ґрунтоутворення.Проте вивчення цього явища має важливе значення для екологічної
оцінки ґрунтів тієї чи іншої території та впливу його на здоров'я місцевого
населення. Радіоактивність
ґрунтів виражається кількістю ядерних розпадів за одиницю часу. В міжнародній
системі СІ одиницею кількості радіоактивності є беккерель (1 Бк=1 розп/с), а
одиницею активності — кюрі (1 Кд = 3,7 • 1010 Бк). Залежно
від характеру накопичення радіоактивних елементів в ґрунтах розрізняють
природну і штучну радіоактивність. ПРИРОДНА РАДІОАКТИВНІСТЬ
ҐРУНТІВ Природна
радіоактивність ґрунтів (ПРГ) зумовлюється природними радіоактивними
елементами (ПРЕ), які завжди є в ґрунтах і ґрунтоутворюючих породах, їх
поділяють на дві групи: первинні і космогенні. Первинні
ПРЕ — елементи, що надійшли в ґрунт з ґрунтоутворюючих порід або з геохімічним
потоком з інших територій, їх поділяють на дві підгрупи. До першої підгрупи
належать елементи, всі ізотопи яких є радіоактивними. Вони утворюють три радіоактивних
ряди: 1. Ряд
урану, родоначальником якого є 238ІІ (період напіврозпаду ТІ/2=4,5-109 років),
включає 17 радіоактивних ізотопів. З проміжних продуктів розпаду заслуговує на
увагу 226Ка, який є хімічним аналогом елементів — біофілів Са і М§. Кінцевим
продуктом розпаду даного ряду є стабільний ізотоп свинцю — 206РЬ. 2. Ряд
актинію, родоначальником якого є 235П (ТІ/2=7,1-108 років), включає 14
радіоактивних ізотопів, кінцевим продуктом є 207РЬ. 3. Ряд
торію, родоначальником якого є 232ТЬ (ТІ/2=1,4-1010 років), включає 12
радіоактивних ізотопів, кінцевим продуктом є 208РЬ. Більша
частина проміжних продуктів розпаду—короткоживу-чі ізотопи — випромінюють в
основному альфа-частки, деякі — бета- і гама-частки. До
другої підгрупи належать ізотопи «звичайних» елементів, які здатні до
радіоактивного розпаду (40К; 87КЬ; 48Са; 962г та ін.). Найбільшу природну
радіоактивність з цих елементів має калій. Валовий
вміст ПРЕ залежить від ґрунтоутворюючих порід. Продукти вивітрювання кислих
порід містять більше ПРЕ, ніж продукти основних і ультраосновних порід. Космогенні
ПРЕ надходять в ґрунт з атмосфери, де вони виникають в результаті взаємодії
космічного випромінення з ядрами стабільних елементів. До цієї групи належать
тритій (3Н), берилій (7Ве, 10Ве) і вуглець (14С). Вертикальне
розподілення ПРЕ по профілю ґрунту залежить від особливостей ґрунтоутворюючого
процесу. Так, карбонатні ґрунти мають вищу концентрацію ПРЕ у верхньому
гумусному горизонті. Підзолисті, сірі лісові, солонцюваті, оглеєні, навпаки,
акумулюють ПРЕ в ілювіальних і глейових горизонтах. ШТУЧНА РАДІОАКТИВНІСТЬ ҐРУНТІВ Штучна
радіоактивність ґрунтів зумовлена забрудненням їх радіоактивними ізотопами в
результаті виробничої діяльності людини. Вперше загроза радіоактивного
забруднення ґрунтів виникла в 50-ті роки XX століття, коли в багатьох регіонах
земної кулі проводились випробування атомної зброї в атмосфері. В наш час
кількість джерел радіоактивного забруднення значно збільшилася. До них належать
атомні електростанції, уранові шахти і збагачувальні фабрики, заводи по
переробці ядерного палива, сховища радіоактивних відходів, теплові
електростанції тощо. Викиди
радіоактивних речовин забруднюють не лише прилеглу до підприємства територію.
Вони переносяться вітром на значні відстані і, випадаючи з атмосферними
опадами, забруднюють повітря, ґрунти і природні води на великих територіях. Радіоактивні
елементи, які мають, порівняно, короткий період піврозпаду (110Ва; 114Се; 133І;
893г та ін.), можуть бути небезпечними, коли з краплями дощу вони випадають на
поверхню ґрунту. Особливо небезпечними є елементи з тривалим періодом піврозпаду—137Сз
(ТІ/2=33 роки) і 905г (ТІ/2=28 років). Радіоактивні елементи включаються в
біологічний кругообіг і з рослинною і тваринною їжею потрапляють в організм
людини. Тут вони накопичуються і зумовлюють радіоактивне опромінення. Отже,
потрібно знати процеси вбирання цих ізотопів ґрунтом, їх міграцію і засвоєння
рослинами. ДИНАМІКА ВБИРАННЯ ТА
МІГРАЦІЇ РАДІОАКТИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ В ҐРУНТАХ Вміст в
ґрунтах радіоактивних елементів незначний і тому вони не впливають на зміну
основних властивостей ґрунту: реакцію ґрунтового розчину, рухомість елементів
живлення рослин тощо. Важливе значення для характеристики ґрунтів має гранична
концентрація радіоактивних речовин, які надходять з ґрунту в рослинні
організми, розподіл їх по профілю та швидкість самоочищення ґрунту від
радіоактивного забруднення. В
результаті аварії на Чорнобильській АЕС в ґрунти навколишніх територій
потрапили різні радіоактивні елементи (і34Сз; 137Сз; 141Се; 144Се; 103Рчи;
952г; 90'5г та інші). Найбільша частина від їх сумиприпадає на 134Сз; 137Сз і
905г. Проведені в 1986 — 1989 роках геохімічні дослідження ґрунтів
30-кілометрової зони ЧАЕС (ж. Поч-воведение, 1990, № 10) показали, що механізми
міграції даних елементів різноманітні і залежать від форми сполук, в складі
яких були вони викинуті з реактора, особливостей клімату і властивостей
ґрунту. В основному переміщення радіонуклідів відбувається за рахунок
біологічного перемішування ґрунтової маси, просіювання часток радіоактивного
пального крізь пори ґрунту та руху ґрунтової вологи, яка містить розчинені і
колоїдні форми радіоактивних елементів. Потрапляючи
в ґрунт, частки радіоактивного пального зазнають хімічних змін, в результаті
чого виникають обмінні і необмін-ні форми сполук. Обмінні форми вбираються ГВК
в кількості, яка зумовлена ємкістю вбирання цього ґрунту. Оскільки ґрунти Київського
та Житомирського Полісся мають низьку ємкість вбирання, обмінні форми 905г і І37Сз
вбираються неповністю. В цих ґрунтах швидкість вилуговування 905г більша, ніж
швидкість його закріплення колоїдами. Частина їх в розчиненому стані мігрує в
нижні горизонти ґрунту. При випаданні таких сполук на ґрунти з високою ємкістю
вбирання (сірі лісові, чорноземи, каштанові) вони майже повністю будуть
закріплені ґрунтом. Необмінні форми сполук мігрують в нижні горизонти дуже
повільно. Рухомість
радіоактивних елементів в ґрунтах неоднакова. За цією властивістю вони
утворюють т/акий ряд: 905г>І06Ки> > "7Сз > 144Се> 129І
>239Ри. 905г і
137Сз за хімічними властивостями є аналогами Са і К. Тому поведінка їх в
біологічному кругообігу речовин подібна до поведінки зазначених елементів.
Кореневі системи рослин однаково засвоюють як кальцій, так і стронцій, як
калій, так і цезій. Щоб зменшити засвоєння рослинами зазначених радіоактивних
ізотопів, слід підвищувати концентрацію Са і К внесенням мінеральних добрив. Розподіл
радіоактивних елементів по профілю ґрунту залежить від механічного складу і
водного режиму ґрунту. На глинистих і суглинкових ґрунтах з непромивним
режимом основна частина радіонуклідів антропогенного походження протягом
багатьох років зберігається у верхньому (до 10 см) шарі ґрунту. Отже, швидкість
вертикальної міграції на таких ґрунтах дуже низька. Значно швидше мігрують
радіонукліди вглиб піщаних ґрунтів. За 10 — 15 років вони проникають на глибину
до 40 - 50 см. При досягненні рівня ґрунтових вод вони починають мігрувати
горизонтально і можуть потрапити в гідрографічну мережу. Радіонукліди,
що випали на поверхню ґрунту, виносяться за межі забрудненої території
поверхневим стоком води. За даними Ф. А. Тихомирова (1988), на рівнинних
територіях гумідних ландшафтів поверхневий і ґрунтовий стоки 905г за рік
становлять 0,4 % загального його запасу, а в гірських районах — до 5 %. Він
підрахував, що період напівочищення орного горизонту з урахуванням
радіоактивного розпаду становить приблизно 0,4—0,7 періоду пів-розпаду цих
елементів (905г, І37Сз), тобто 10—20 років. Радіоактивні ізотопи 14С та 129І,
які увійшли до складу гумусу, залишаються в ґрунті на сотні років. Отже, самоочищення ґрунтів від радіоактивного забруднення залежить від тривалості життя радіоактивних ізотопів та їх міграційної здатності. Прискорити цей процес можна вивезенням з поля біомаси рослин, яка засвоїла з ґрунту радіоактивні елементи. Література
Переглядів: 22946
| Теги: | |
Матеріали по темі: |