Тонкодисперсна частина і вбирна здатність ґрунту.  Грунтовий розчин

            План

1.      Поняття про вбирну здатність ґрунту та її типи

2.      Грунтові колоїди і ґрунтовий вбирний комплекс

3.      Ємкість вбирання та її значення

4.      Екологічне значення вбирної здатності ґрунту

5.      Грунтовий розчин

1. ПОНЯТТЯ ПРО ВБИРНУ  ЗДАТНІСТЬ ҐРУНТУ ТА її ТИПИ

Молекулярно-сорбційне, або фізичне, вбирання проявляється в тому, що на поверхні колоїдів ґрунту вбираються молекули речо­вин, які мають полярну будову. Прикладом фізичного вбирання є адсорбція ґрунтом молекул води. Вода, увібрана колоїдами ґрунту, називається гігроскопічною. Глинисті ґрунти, які містять в собі ве­лику кількість колоїдних часток, мають високу гігроскопічність, пі­щані, навпаки, є низькогігроскопічними.

Іонно-сорбційне, або фізико-хімічне (обмінне), вбирання - здатність ґрунту вбирати на поверхні колоїдних часток іони і обмі­нювати їх на еквівалентну кількість іонів ґрунтового розчину.

Хімічне вбирання зумовлено утворенням в ґрунтовому розчині важкорозчинних сполук, які випадають в осад. Катіони і аніони, які надходять у ґрунт з атмосферними опадами, добривами тощо, взаємодіють з солями ґрунтового розчину. В результаті утворю­ються нерозчинні або важкорозчинні сполуки.

Біологічне вбирання зумовлене здатністю живих організмів, що населяють ґрунт, засвоювати хімічні елементи. Після відмирання організмів засвоєні ними хімічні елементи акумулюються у верхньо­му шарі ґрунту у складі органічних речовин.

2. ҐРУНТОВІ КОЛОЇДИ І ҐРУНТОВИЙ ВБИРНИЙ КОМПЛЕКС

Тонкодисперсна частина ґрунту (частинки розміром менше 0,001 мм) відіграє значну роль у фізико-хімічних процесах, шо відбуваються у ґрунті. Колоїдна частина цієї фракції (частки розміром <0,0001 мм) має велику питому поверхню і високу вбир­ну здатність, яка відіграє дуже важливу роль у ґрунтоутворенні.

Незалежно від походження колоїди несуть на своїй поверхні заряд. Природа виникнення заряду у мінеральних колоїдів пояс­нюється так. Уламки більшості глинистих мінералів мають крис­талічну структуру. Всередині даного уламку енергетичні зв'язки між іонами, атомами чи групами атомів взаємно врівноважені, а на поверхні вони частково ненасичені. Поверхневі іони кристаліч­ної решітки діють на вільні іони ґрунтового розчину — відштовху­ють однойменні заряди або притягують іони з протилежним заря­дом. Явище притягання іонів колоїдною часткою називають сорб­цією (лат. зогЬеге—вбирання).

Сила сорбції окремого колоїду незначна. Проте при подрібнен­ні уламків, коли різко зростає питома поверхня часток даної маси, сумарний ефект дії поверхневих іонів стає значним. Заряд колоїдів органічних речовин виникає за рахунок дисоціації водневих іонів карбоксильних (СООН-) і фенолгідроксильних (ОН~) груп.

Якщо колоїдні частки знаходяться в розчині і взаємодіють з йо­го іонами, то вони набувають певної будови.

Будова колоїдної міцели. Поняття колоїдна міцела ввів у ко­лоїдну хімію швейцарський вчений ґрунтознавець Г. Вігнер. Осно­вою колоїдної міцели є ядро, яке являє собою складну сполуку аморфної або кристалічної будови різного хімічного складу.

На поверхні ядра розташований шар іонів, який визначає по­тенціал частки. Ядро міцели з цим шаром іонів називають гра­нулою. Між гранулою і розчином, що оточує колоїд, виникає елек­тричний потенціал, завдяки якому з розчину вбираються іони з про­тилежним зарядом. Так формується шар компенсуючих іонів. Таким чином, навколо ядра міцели утворюється подвійний електронний шар.

Іони компенсуючого шару, в свою чергу, розташовані навколо гранули двома шарами. Внутрішній — нерухомий шар, іони якого міцно утримуються на поверхні гранули. Гранулу разом з нерухо­мим шаром називають колоїдною часткою. Зовнішній шар компенсуючих іонів називають ди­фузним. Іони цього шару мо­жуть еквівалентно обміню­ватись на іони ґрунтового розчину. 

В ґрунтах одночасно на­явні мінеральні, органічні і органо-мінеральні колоїди Сукупність їх називають колоїдним, або ґрунтовим вбирним комплексом (КВК ГВК). Ґрунтові колоїди утво­рюються в процесі вивітрю­вання гірських порід і ґрун­тоутворення в результаті! подрібнення крупних часток або шляхом з'єднання мо-лекулярно подрібнених ре­човин, їх стан підпорядко-ваний законам фізичної і колоїдної хімії. В ґрунтових колоїдних розчинах вони становлять дисперсну фазу, де дисперсним середо­вищем є вода. Між дисперсною фазою і дисперсним середовищем постійно відбуваються процеси взаємодії, існує динамічна рівно­вага.

Фізичні властивості ґрунту і його родючість залежать від скла­ду КВК і кількості увібраних іонів. Здебільшого в ґрунтах містять­ся мінеральні колоїди груп монтморилоніту і каолініту, органічні колоїди представлені гуміновими кислотами.

 3.  ЄМКІСТЬ ВБИРАННЯ ТА її ЗНАЧЕННЯ

Загальну кількість всіх катіонів, увібраних ґрунто­вими колоїдами, називають ємкістю вбирання, або ємкістю катіон­ного обміну (ЄКО-Х; Це поняття ввів К- К. Гедройц. Цю величину виражають "умїліграм-еквівалентах на 100 г ґрунту, вона зале­жить від механічного складу ґрунту, мінералогічного складу тон-кодисперсної частини і вмісту гумусних речовин.

Ґрунти з високим вмістом тонкодисперсних часток (глинисті), природно, мають більшу ємкість вбирання порівняно з піщаними, які мають низьку питому поверхню.

Серед глинистих мінералів найбільшу ємкість вбирання ма­ють мінерали групи монтморилоніту, найменшу—мінерали групи каолініту. Гідрослюди займають проміжне положення. Таким чином, найбільшу ємкість вбирання мають глинисті ґрунта б лиця в. Ємкість вбирання   мінеральних і  органічних колоїдів ґрунту:

Ємкість вбирання, мг-екв/100 г  ґрунту

Глинисті мінерали і гумусні сполуки

Глинисті мінерали групи каолініту  (за М.  І. Горбуно-вим, 1963)

3—2»

60—150 20—50

350 400—500

Глинисті мінерали групи монтморилоніту  (за Шахтна-белем, 1952)

Гідрослюди (за М. І. Горбуновим, 1963)

Гумінові кислоти і їхні солі (за М. М. Кононовою, 1963):

— підзолистих ґрунтів

— чорноземних ґрунтів

Ґрунти, у складі яких багато тонкодисперсних часток монтморилонітів і гумусних речовин. Прикладом таких ґрунтів є чорноземи, які сформувалися на лесах і лесовидних суглинках в умовах помірно-континентального клімату.

Ємкість вбирання, поряд з іншими факторами, зумовлює рівень родючості ґрунту. Чим вища ємкість вбирання, тим вища родю­чість ґрунту. Це пояснюється тим, що увібрані катіони доступні для живлення рослин. У процесі мінерального живлення відбува­ється обмін протонів водню (Н+), які виділяють кореневі волоски у складі органічних кислот, на катіони дифузного шару колоїдної міцели. Отже, чим більше ґрунт (ГВК) увібрав катіо­нів, тим більше в ньому поживних речовин. Зауважимо, що най­більшу ємкість вбирання мають високородючі типи ґрунтів — чор­ноземи, сірі лісові і каштанові.

Важливе значення у формуванні фізичних властивостей і родю­чості ґрунтів має склад увібраних катіонів.

Наявність в ґрунтах великої кількості двовалентних катіонів Са2+ і М£2+ зумовлює коагуляцію ґрунтових колоїдів, яка лежить в основі формування структурних агрегатів. Структурні ґрунти, як відомо, мають оптимальні повітряний, водний і поживний режими.

Колоїди, насичені одновалентними катіонами N3+, К+, протона­ми водню (Н+), у ґрунті перебувають у стані золю. Ці елементи спричинюють процес пептизації. Внаслідок заміни їх на дво- і три­валентні відбувається коагуляція. При вапнуванні (внесенняСаСО3) і гіпсуванні (внесення Са5О4) ґрунтів Са2+ витісняє з ГВК увібрані Н+, К+, На+ і зумовлює перехід золю в гель. В результаті, крім нейтралізації кислої або лужної реакції, поліпшу­
ється структурний стан ґрунту, підвищується його родючість. Цей приклад показує, що склад увібраних катіонів можна регулювати за допомогою засобів хімізації у напрямі підвищення родючостіґрунтів.     

Загальну кількість всіх обмінних катіонів, крім Н+ і А13+, на­зивають сумою обмінних катіонів. Залежно від наявності у складі ГВК іонів водню і алюмінію ґрунти поділяють на насичені (Н+ і А13+ не містять) і ненасиченї основами. Ступінь насиченості ГВК основами виражають у % (від 0 до 100). Чим вищий ступінь наси­ченості ґрунту основами, тим вища його родючість. Насиченими натериторії України є чорноземні і каштанові ґрунти, ненасиченими — дерново-підзолисті і сірі лісові.

 4. ЕКОЛОГІЧНЕ ЗНАЧЕННЯ ВБИРНОЇ ЗДАТНОСТІ ҐРУНТУ

Явище вбирання частками ґрунту на своїй поверх­ні різних речовин має важливе значення в процесі ґрунтоутворен­ня, у формуванні його родючості.

Вбирна здатність ґрунту забезпечує і регулює поживний режим ґрунту, сприяє накопиченню елементів мінерального живлення рос­лин. Сума обмінних катіонів — один з основних показників харак­теристики ґрунту, його природної родючості. При внесенні в ґрунт органічних і мінеральних добрив колоїди ґрунту вбирають (нако­пичують) у верхньому шарі ґрунту поживні елементи для рослин.

Вбирна здатність ґрунту регулює реакцію ґрунту та її водно-фізичні .властивості. Органічні кислоти, які надходять у ґрунт (продукти життєдіяльності мікроорганізмів і рослин), і кислоти, які синтезуються в ґрунті, частково нейтралізуються вільними ос­новами, а частково (у вигляді Н+) вбираються ГВК. При цьому ак­тивна кислотність ґрунтового розчину зменшується. Коагуляція і пептизація, які відбуваються в результаті зміни складу увібраних катіонів, зумовлюють структурний або безструктурний стан ґрун­тової маси. Структурні ґрунти мають високі водопроникність і во­логоємкість, низьку водопідіймальну здатність. Безструктурні ґрунти, навпаки, мають погані водно-фізичні властивості, а саме низьку водопроникність, малу вологоємкість. У безструктурних ґрунтах мало повітря, їх частки легко піднімаються вітром і пере­носяться на великі відстані. На таких ґрунтах часто бувають пило­ві бурі.

5. ҐРУНТОВИЙ РОЗЧИН

Основні процеси ґрунтоутворення відбуваються ли­ше при наявності вільної води. Ґрунтова волога є тим середови­щем, в якому відбуваються процеси синтезу і розкладання органіч­них речовин, міграція і акумуляція хімічних елементів, різнома­нітні хімічні реакції, коагуляція, пептизація тощо. Багато речовин міститься у воді в розчиненому стані. Тому ґрунтову вологу нази­вають ґрунтовим розчином.

Хімічний склад і значення ґрунтового розчину в ґрунтоутворен­ні вивчав відомий ґрунтознавець С. О. Захаров. Виходячи з того що ґрунтовий розчин відіграє дуже велику роль в ґрунтоутворенні і живленні рослин, Г. М. Висоцький дійшов висновку: «Вода в ґрунті — все одно, що кров в організмі».

Ґрунтовий розчин — найактивніша частина ґрунту. Він постій­но перебуває в стані динамічної рівноваги з твердою фазою і по­вітрям ґрунту.

Більша частина хімічних сполук перебуває в ґрунтовому роз­чині у вигляді іонів. Основними катіонами ґрунтового розчину є Са2+, М§2+, Ма+, К+, КН4+, Н+. В незначній кількості містяться рід­кісні та розсіяні елементи, а саме: Си2+, РЬ2+, 2п2+, №2+, Со2+та ін. В засолених ґрунтах багато Ма*, М§2+, 5г2+ і В3+.

Основними аніонами ґрунтового розчину є (НСО3)~, (N02)', (МО3)~, (РО4)3~, (5О4)~, С1~ та ін. У незасолених ґрунтах пере­важає бікарбонат-іон, а в засолених — хлор- і сульфат-іони.

Крім мінеральних сполук у ґрунтовому розчині містяться водо­розчинні органічні сполуки: органічні кислоти, фульвокислоти, амі­нокислоти, цукри, спирти та ін.

Концентрація розчинених речовин визначає величину осмотич­ного тиску ґрунтового розчину. Осмотичний тиск незасолених ґрунтів не перевищує 2—3 атмосфери. У посушливі періоди, коли кон­центрація ґрунтового розчину підвищується, підвищується і осмо­тичний тиск, при зволоженні ґрунту — знижується. У засолених ґрунтах осмотичний тиск ґрунтового розчину досягає і0 атм і більше.

Величина осмотичного тиску впливає на засвоєння води корін­ням рослин. Якщо осмотичний тиск ґрунтового розчину більший, ніж тиск клітинного соку, то надходження води в кореневі волоски припиняється, незважаючи на значний вміст вільної води в ґрунті. В цьому разі рослина гине від фізіологічної посухи.