Орлов Д.С. Химия почв
Подождите немного. Документ загружается.
клона прямой равен
tgoc
= . Это позволяет найти максимальную
Qmax
адсорбцию (адсорбционную емкость мономолекулярного слоя) и кон-
станту равновесия адсорбции К.
Уравнение Фрейндлиха и уравнение Ленгмюра используются в
почвоведении для описания поглощения почвой нейтральных молекул
и частиц, несущих электрический заряд. Соответствующие примеры бу-
дут приведены при рассмотрении органоминеральных взаимодействий
и химии отдельных элементов в почвах. Однако следует иметь в виду,
что формальное подчинение какого-либо процесса одному из этих
уравнений не позволяет еще делать выводы о механизмах взаимодей-
ствия. В тех случаях, когда количество одного из реагирующих компо-
нентов ограничено (как в случае адсорбционной емкости), количество
продукта реакции нарастает по кривой, сходной с изотермой адсорб-
ции. Например, так происходит реакция осаждения соли со сравни-
тельно высоким произведением растворимости.
Уравнение Ленгмюра можно рассматривать как частный случай
закона действия масс, когда свободные адсорбционные центры А взаи-
модействуют с адсорбатом X, образуя адсорбционное соединение АХ:
A+X=FtAX
Константа этой реакции записывается так:
_[АХ]_
[А] [X] •
Если обозначить [АХ]=а (как в приведенном выше уравнении Ленг-
мюра),
[Х]=С, общее число адсорбционных мест а
т
, то [А] =
=
СЬт
— а И
(а
ш
—
а)-С
Преобразуя, получим:
а =
К(а
т
—
а)
•С =
Ка
т
С
—
КаС,
или
а-{-КаС
= КатС
а(1+КС)=КатС.
После простого преобразования получим уравнение Ленгмюра:
а _ К-С
а
т
~\+К-С'
Отсюда следует, что уравнение Ленгмюра — частный случай закона
действия масс. Это поясняет, почему адсорбционные процессы и ион-
ный обмен описываются сходными по форме уравнениями.
К уравнению Ленгмюра легко привести и уравнение Керра, если
считать, что почвой поглощается только один катион из раствора, а
концентрация второго катиона, находящегося в избытке, в ходе реак-
ции практически не меняется.
Поэтому в зависимости от поставленной задачи реакцию погло-
щения или обмена катионов почвами можно описать с той или иной
степенью приближения различными уравнениями. Но решить задачу
о механизмах взаимодействия и типах связи только на основе уравне-
ния изотермы практически невозможно.
101
Обменные катионы в почвах СССР
Состав обменных катионов в различных типах почв изменяется в
широких пределах. Эти изменения закономерны, обусловлены типом
почвообразования, водно-солевым режимом почв и хозяйственной дея-
тельностью человека.
Практически все почвы в составе обменных катионов содержат
кальций и магний; чаще кальций преобладает. В почвах с промывным
водным режимом и кислой реакцией присутствуют Н+ и АР+, в почвах
засоленного ряда — Na+. Обменный К
+
—
непременный компонент
почв,
но доля его невелика (табл. 23).
В зависимости от содержания обменных Н+ и А1
3+
(точнее, гидро-
литической кислотности, см. с. 130) все почвы можно разделить на две
большие группы: почвы насыщенные основаниями и почвы не насы-
щенные основаниями. Насыщенные основаниями почвы не содержат
Н+ и А1
3+
, обменные катионы представлены только обменными осно-
ваниями, количество которых соответствует величине реальной емкости
катионного обмена.
По Д. Хиссинку, степень насыщенности почв основаниями опреде-
ляется по формуле:
У
= —-100,
Т
где V
—
степень насыщенности почв основаниями в % от ЕКО, S
—
сумма обменных оснований и Т
—
емкость катионного обмена.
Почвы не насыщенные основаниями содержат некоторые количе-
ства обменных Н+ и А1
3+
, и для них всегда S<T. В эту группу почв
входят подзолистые, дерново-подзолистые, болотные, серые и бурые
лесные почвы, некоторые черноземы и почвы влажных субтропиков.
Степень насыщенности основаниями может возрастать при сельскохо-
зяйственном использовании почв, достигая 100% в сильно известко-
ванных (или переизвесткованных) почвах.
Для нахождения степени насыщенности почв основаниями опреде-
ляют гидролитическую кислотность Н и сумму обменных оснований S,
находившихся в почве в момент измерения. Тогда:
V=—$— -100.
S +
H
При S+#=7" эта формула совпадает с формулой Хиссинка. Но так
как емкость катионного обмена определяется в стандартных условиях
и может существенно отличаться от величины 5 для нативной почвы,
то при нахождении величины V предпочтительнее пользоваться по-
следней формулой.
Насыщенные основаниями почвы
—
это преимущественно степные:
черноземы, каштановые, сероземы, бурые и серо-бурые степные, а так-
же почвы различных зон, сформированные при участии жестких грун-
товых вод или на карбонатных породах.
Среди почв, насыщенных основаниями, особую группу составляют
почвы, содержащие в значительных количествах обменный Na+. К ним
относятся солонцеватые почвы, солонцы, многие солончаки. Присут-
ствие в ППК обменного Na+ не всегда вызывает проявление солонце-
ватости. Под солонцовым процессом понимают повышение дисперсно-
сти и гидрофильности твердых фаз почвы, сопровождающееся ростом
щелочности. Это приводит к резкой дифференциации почвенного про-
филя и появлению неблагоприятных агрономических свойств солонцо-
102
Таблица
23
Состав обменных катионов
в
почвах
СССР,
мг-экв/100
г
почвы
(по
Ремезову
и
другим авторам)
Почва
1
Тундровая
полиго-
нальная
Тундровая глеевая
суглинистая
Торфяно-глеевая
Сильноподзолистая
глинистая
Подзол
легкосугли-
нистый
Дерново-подзолистая
песчаная
Серая лесная
оподзо-
ленная
Темно-серая лесная
Чернозем типичный
Темно-каштановая
Каштановая
сугли-
нисто-супесчаная
Солонец (Западная
Сибирь)
Солонец
средне-столб-
чатый
Остаточно-солонча-
коватый солонец
Горизонт
2
А
С
А,
G
С
Ао'
А"
G
А,
А
а
В,
в
2
A
t
А
2
в,
в
а
С
Апах
В!
в
а
Вз
А,
А
а
Bi
в
а
С
А,
А
2
В,
ВС
А,
А
А
Апах
Апах
в,
в
2
А,
А
2
в,
в
а
—
—
Глубина,
см
3
—
0-6
25—55
63—70
0—10
10—20
50—60
2—5
5—30
30—40
60—70
4—14
20—30
35—45
60—70
90—100
0—10
18—26
50—60
75—85
0—16
18—28
30—40
60—70
130—140
1—10
20—30
60—70
115—125
0—10
20—30
60—70
0—10
30—40
50—60
0—10
20—30
40—50
0-5
5—10
10—24
24—27
0—12
13—27
31—41
56—66
0—5
8—13
15—20
24—29
Са
2
+
4
10,0
4,0
6,7
5,0
8,0
7,0
0,99
1,99
13,9
2,6
7,8
11,2
1,8
1,5
3,8
11,4
10,7
0,9
0,2
0,3
0,5
12,5
2,5
7,0
10,0
13,5
37,7
26,0
25,1
33,5
39,1
34,6
27,2
27,6
26,6
23,5
11,2
10,5
3,4
27,0
22,8
10,6
13,9
19,9
24,3
19,0
16,3
13,4
17,6
18,5
8,7
Mg
2
+
5
5,9
5,8
4,9
1,5
0,6
0,6
0,13
0,39
1,1
1,7
3,1
3,3
0,6
0,4
0,7
2,2
2,1
0,3
0,1
0,1
0,1
2,5
0,5
0,8
1,7
2,5
6,2
6,1
4,1
2,1
6,0
3,4
2,7
5,5
5,6
4,9
4,5
3,0
5,6
20,3
16,7
32,0
39,8
5,8
6,7
6,5
6,8
8,9
7,8
10,4
9,3
Н+ + А1
3+
6
—
0,7
140,0
129,5
28,9
14,1
8,7
12,7
10,2
9,2
6,6
5,4
5,1
4,8
2,3
1,1
0,6
0,7
2,5
2,0
3,2
2,9
2,6
2,1
1,6
2,9
0,8
—
—
—
—
—
—
Na+
7
—
—
—
—
—
—
—
—
—
1,0
1,0
1,1
1,7
2,2
2,4
3,8
4,3
12,5
15,5
1,3
5,5
5,6
6,4
4,7
13,2
15,6
18,6
Продолжение табл. 23
>
Серозем типичный
Краснозем
Дерново-подзолистая
субтропическая
Бурая горно-лесная
Горно-луговая суб-
альпийская
2
А,
А
в.
в
2
—
—
—
А,
А
2
в.
Bg
А,
АВ,
в
2
B
s
А,
/Aj
В
С
3
0—3
5—15
20—30
50—6Q
0—10
20—30
60—70
0—4
5—10
40—50
80—90
0—8
16—24
40—48
64—72
0—5
10—15
30—35
>60
4
11,9
7,1
6,5
5,7
1,9
1,0
0,9
1,29
1,11
0,86
0,54
9,8
2,1
1,4
1,4
29,8
14,1
5,8
2,6
5
1,5
1,4
1,7
1,7
4,3
1,2
2,0
1,92
1,02
1,08
1,46
7,4
3,0
2,7
3,0
8,2
3,6
1,1
0,6
6
—
—
—
12,1
8,2
8,9
21,4
22,5
16,5
30,0
8,9
12,1
11,6
12,8
следы
3,9
3,5
2,8
7
0,7
0,7
1,0
0,9
—.
—
—
—
—
.—•
—
—
—
—
—
—
—
—
—
вого горизонта. Появлению этих свойств способствует обменный Na+,
если имеются условия для его отдиссоциации. При избытке легкорас-
творимых солей, когда диссоциация обменных катионов подавлена,
даже высокое содержание обменного Na+ не приводит к появлению
признаков солонцеватости. Однако в таких почвах высока потенци-
альная опасность осолонцевания, которая может реализоваться, на-
пример, при орошении или промывках почвы для удаления легкорас-
творимых солей. Учитывая особую роль натрия, солонцы разделяют
на виды, различающиеся по содержанию в гор. Bi обменного Na+
(в % от суммы обменных оснований):
многонатриевые более 25%,
средненатриевые 10—25%,
малонатриевые менее 10%.
Закономерности изменения состава обменных катионов в почвах
зонально-генетического ряда отражают главным образом нарастание
степени минерализации почвенных растворов и их состав. Кислым сла-
боминерализованным или пресным водам северных областей соответ-
ствует присутствие или даже преобладание в ППК таких катионов,
как Н+ и А1
3
+. В серых лесных почвах и, особенно, черноземах преоб-
ладает уже Са
2+
, он удерживается прочнее, чем катионы Mg
2+
и Na+.
И наконец, в засоленных или прошедших стадию засоления, почвах в
больших количествах обнаруживается обменный Na+ (табл. 23).
Приведенные материалы показывают, что состав обменных катио-
нов определяется двумя главными причинами: концентрацией и соста-
вом почвенного раствора, с одной стороны, и коэффициентами селек-
тивности при распределении катионов между ППК и равновесным поч-
венным раствором, с другой. Экспериментально найденные коэффици-
енты селективности (их часто неточно называют константами обмена)
изменяются даже для одной пары катионов в довольно широких пре-
делах. Выше было показано, что это зависит от содержания гумуса,
минералогического состава почв и соотношения катионов в ППК. На-
пример, вычисленные по уравнению Никольского коэффициенты селек-
104
тивности для реакции обмена на черноземе: ПСа
2+
+2Ыа
+
*±ПЫа2
+
+
-fCa
2+
, по данным различных авторов, колеблются от 4до 16 (табл.24).
Таблица 24
Коэффициенты селективности (Л" ) катионов между ППК черноземов и
почвенным раствором
Обменивающиеся катионы
Са
2
+—Na+
Са
2
+—Mg
2
+
Sr
2
+—Na+
К+—Na+
Li+—Na+
К
4-16
1,5—3
6,5—18
1—4
0,5—1
Обменивающиеся
катионы
Cu
2
+—Co
2
+
Cu
2
+—Mg
2
+
Co
2
+—Mg
2
+
Cu
2
+—Ni
2
+
К
2—3
2—3
1,2-1,4
1,9—2,1
Сложившийся в естественных условиях состав обменных катионов
существенно изменяется при сельскохозяйственном использовании
почв.
Целенаправленное регулирование состава обменных катионов
осуществляется при известковании и гипсовании почв, однако не редки
случаи, когда изменения состава обменных катионов происходят в не-
контролируемых условиях. Наибольшее влияние на состав обменных
катионов оказывает внесение минеральных удобрений, орошение почв
и их осушение, отражающееся на их солевом режиме.
Внесение минеральных удобрений без сопутствующего известкова-
ния влечет за собой увеличение кислотности почв, нарастание степени
ненасыщенности почв основаниями, увеличение доли Н+, А1
3
+ и иногда
К+ в составе ППК. Об изменении кислотности почв и содержания об-
менного А1
3
+ при длительном применении минеральных удобрений без
известкования можно судить по данным табл. 25.
Таблица 25
Изменение некоторых свойств дерново-подзолистой почвы под влиянием
минеральных удобрений (по Лебедевой, 1976)
Показатель,
мг-экв/100 г
Обменная кислот-
ность
Гидролитическая
кислотность
А1
3
+
Вариант опыта
без удобрений
NPK
без удобрений
NPK
без удобрений
NPK
Год
1953
0,87
0,91
5,6
5,7
0,87
0,90
1959
1,00
1,85
6,0
7,2
1,00
1,84
1967
1,06
2,08
7,1
7,5
1,06
2,08
1971
0,92
1,90
6,1
7,8
0,92
2,01
1974
0,81
1,80
6,8
7,5
0,81
1,80
Свойства почвы динамичны и все показатели во времени меняются,
однако под влиянием минеральных удобрений (NPK.) относительно и
абсолютно нарастает обменная и гидролитическая кислотность и со-
держание А1
3
+. Если в 1953 г. при закладке опыта обменная кислот-
ность была почти одинаковой на контроле и в опыте с NPK (0,87 и
0,91 мг-экв/100 г), то к 1974 г. в опыте с NPK она уже более чем в
2 раза превышает кислотность почвы контрольного варианта (0,81 и
1,80 мг-экв/100 г). Устранение нежелательного изменения состава об-
менных катионов достигается в данном случае известкованием.
105
Не менее сильное влияние на состав обменных катионов оказы-
вает орошение степных почв водами различной степени минерализа-
ции. Воды рек и водохранилищ аридных районов, используемые для
орошения, обычно содержат заметные количества натриевых солей.
Например, в водах Нила концентрация Na+ составляет 0,3—
0,7 мг-экв/л, тогда как сумма Са
2
+ и Mg
2
+
—
около 2—3 мг-экв/л.
В водах Цимлянского водохранилища количество Na
+
превышает со-
держание Са
2
+, и оно только в 1,5—2 раза меньше, чем сумма Са
2+
и
Mg
2
+. В водах каналов, по которым вода поступает на орошаемые
массивы, доля Na+ в составе катионов постепенно повышается по мере
удаления от водохранилища. Такие воды при поливе смещают сложив-
шееся равновесие в системе ППК—почвенный раствор и в составе об-
менных катионов увеличивается доля обменного натрия. Особенно бы-
стро идет этот процесс, когда для орошения используются воды арте-
зианских скважин с повышенным содержанием натриевых и магние-
вых солей (табл. 26); как видно, уже через пять лет количество об-
Таблица 26
Влияние орошения сильноминерализованными водами на состав обменных катионов
темно-каштановой почвы (содержание Na+ в воде — 78% от суммы катионов;
по Болдыреву, 1980)
Продолжительность
орошения
Неорошаемая почва
Орошение 5 лет
Орошение 10 лет
Глубина,
см
0—20
20—40
40—60
0—20
20—40
40—60
0-20
20—40
40—60
Обменные катионы, мг*экв/100 г
Na+
0,9
0,6
0,9
2,2
1.9
1,9
4,8
2,9
2,0
Са*+
18,5
15,3
10,5
15,0
14,5
10,1
8,4
11,8
9,9
Mg*+
8,0
9,1
7,9
9,9
9,5
7,8
12,7
9,9
6,7
менного Na+ увеличилось более чем в 2 раза, а через 10 лет
—
в
5,5 раза, причем этот процесс захватывает и глубокие горизонты почвы.
Чтобы прогнозировать вероятность вхождения Na+ в почвенный
поглощающий комплекс, а следовательно, и потенциальную опасность
осолонцевания почвы при ее орошении минерализованными водами,
используют специальный показатель адсорбируемости натрия, или на-
триевое адсорбционное отношение. Этот показатель обозначают абре-
виатурой ПАН, или в латинской транскрипции SAR (sodium adsorp-
tion ratio). Величину SAR рассчитывают по результатам определения
концентрации катионов в ирригационной воде:
SAR =
[Na+] _ 1,41 [Na+]
/
[Са
2
+]
+
[Mgg+]
K[Ca
2
+] +
[Mg^+J
где квадратные скобки обозначают концентрации соответствующих ка-
тионов в воде (в мг-экв/л). По смыслу величина SAR отвечает правой
части уравнения изотермы катионного обмена, и поэтому при равнове-
сии доля обменного натрия в составе ППК находится в прямой (хотя и
не всегда прямолинейной) зависимости от SAR. Этот показатель, сле-
106
довательно, позволяет оценить качество поливной воды, ее пригодность
для орошения без опасности вызвать осолонцевание почвы.
Опасность осолонцевания зависит не только от величины SAR, но
и от общей минерализации ирригационных вод, что объясняется нели-
нейностью изотермы катионного обмена и влиянием ионной силы на
активности катионов раствора. Общая теория этих взаимодействий
еще не разработана, и поэтому оценка вод по их пригодности для
орошения и потенциальной опасности засоления и осолонцевания почв
имеет пока эмпирический характер (табл. 27).
Таблица 27
Оценка качества воды по опасности засоления и осолонцевания почв
(по Ричардсу, 1953)
Общая мине-
рализация
воды, г/л
<1
1—2
2—3
>.з
Опасность засоления
почвы
низкая
средняя
высокая
очень высокая
Опасность осолонцевания (уровни SAR)
низкая
8—10
6—8
4—6
2—4
средняя
15—18
12—15
9—12
6—9
высокая
22—26
18—22
14—18
11—14
очень
высокая
>26
>22
»18
>14
При величине SAR ниже 8 опасность осолонцевания невелика при
всех уровнях минерализации воды, а при SAR>16—18 она становится
высокой, и использовать такие воды для орошения незасоленных почв
нецелесообразно.
Изменение состава обменных катионов происходит и при естест-
венном рассолении или промывке засоленных почв; эти процессы сме-
щают сложившееся в природных условиях соотношение катионов поч-
венного раствора. Изменение состава обменных катионов при рассоле-
нии использовал К. К. Гедройц для объяснения происхождения солон-
цов из почв, засоленных нейтральными солями. По К. К. Гедройцу,
удаление легкорастворимых солей вызывает следующие процессы в поч-
вах: обменный Na+ реагирует с присутствующим СаСОз с образова-
нием соды, что вызывает появление щелочной реакции. А поскольку
после удаления солей отсутствуют электролиты, вызывающие коагуля-
цию высокодисперсной части почв, то наступает набухание и пептиза-
ция коллоидальной части почвы с последующим развитием характер-
ных признаков солонца. Гипотеза К. К. Гедройца применима для тех
случаев, когда в составе легкорастворимых солей преобладают натрие-
вые соли
—
NaCl, Na2S04, а почва не содержит гипса.
Промывка или естественное рассоление почв в присутствии гипса
или при значительном содержании легкорастворимых кальциевых со-
лей приводят к эффекту рассолонцования, т. е. к замене Na+ в погло-
щающем комплексе на Са
2+
и Mg
2+
. Это вытекает, в частности, из
уравнения ионного обмена. Если уравнение обмена ионов Na+ и Са
2+
записать в виде:
N л- ал.
Na^
__ ^ Na
+
(уравнение Никольского), то из этого следует, что даже простое раз-
бавление равновесного раствора должно вызвать изменение соотноше-
ния Na+
:
Са
2
+ в ППК.
107
Допустим, что правая часть уравнения К
-
Na~>
.
= п. Приразбав-
1/2 ,
«Са
2
+
лении раствора в 2 раза концентрации ионов (а в первом приближе-
нии и их активности) также уменьшаются в 2 раза. Тогда
+
-2
1
/
2
К-
(°Ш+У-
2
(л
Са2+
:2)
1/2
К
Na
n
1,4
Са
i+-2
0,7л.
Следовательно, если до разбавления отношение катионов в ППК, вы-
раженное как N
+
:N[/l+, равнялось п, то после разбавления оно
уменьшилось в 0,7 раза и доля обменного Na+ снизилась. Понятно,
что этот эффект разбавления имеет место только применительно к об-
мену разновалентных ионов. Если в обмене участвуют ионы с одина-
ковыми зарядами, то разбавление не влияет на их соотношение в ППК
(если не принимать во внимание изменение коэффициентов активно-
сти).
Таким образом, мы приходим к выводу, что рассоление почв, как
и промывки, должно снижать опасность осолонцевания почв. Вместе
с тем при промывках проявляется и другой эффект, также снижающий
опасность осолонцевания. Он заключается в различных скоростях вы-
щелачивания из почвенного профиля натриевых и кальциевых солей.
Натрий менее прочно удерживается твердыми фазами почвы, чем
кальций. Поэтому при промывке обычно наблюдается быстрое выще-
лачивание Na+ и С1~, они вымываются в первую очередь.
Уже с первыми порциями фильтрата при промывке солончака вы-
носится 60—70% всего количества Na
+
и С1~, вслед за этими ионами
вымываются Са
2+
, Mg
2+
,
S0
4
2-
и наиболее медлен-
но НС0
3
- (рис. 16). В ре-
зультате соотношение ка-
тионов в почвенном раство-
ре промываемой почвы не-
прерывно изменяется, сни-
жается доля Na+ и нара-
стает относительное содер-
жание Са
2+
. Это явление
также сдерживает возмож-
ность нежелательного раз-
вития осолонцевания поч-
вы.
Более того, происходит
улучшение состава обмен-
ных катионов. Если в ис-
ходном солончаке обмен-
ный Na+ составлял 40% от
суммы обменных катионов,
то после промывки его доля снизилась до 26%, а в опыте с добавле-
нием гипса
—
до 7% (табл. 28). Приведенные материалы представляют
только результат модельного опыта и характеризуют общее направле-
ние процесса. Количественный результат процесса в производственных
условиях может быть иным в зависимости от реального состава солей,
значения рН и условий промывки.
Для улучшения свойств почв с высоким содержанием обменного
Na+ применяют различные способы химической мелиорации, чаще все-
го гипсование. Те же приемы используют и для предупреждения раз-
вития солонцеватости в почвах, орошаемых минерализованными вода-
500 1000 1500
01ъем промывных
бед, мл
то
Рис. 16. Относительная скорость выщелачи-
вания ионов при промывке засоленной поч-
вы (модельный опыт)
108
Таблица 28
Изменение состава обменных катионов после промывки
солончака
Почва
До промывки
После промыв-
ки
без гипса
с гипсом
Са
2
+
25
46
75
Обменные катионы
Mg
a
+
32
26
16
, % от суммы
Na+
40
26
7
к+
3
2
2
ми.
Теоретические основы гипсования солонцов и солонцеватых почв
•были разработаны К. К. Гедройцем. В основе метода лежит реакция
вытеснения обменного Na+ ионами кальция гипса:
Ша
2
+
CaS0
4
^ Ша
2
+ Са
2
+ +
SO
2
,
-
^ ПСа + 2Na+ + SO
2-
.
Гипс CaS04-2H
2
0 сравнительно хорошо растворим; при равновесии
активность ионов Са
2+
в растворе достигает
1,2-Ю
-2
М/л, причем гипс
присутствует в твердой фазе, и по мере вхождения Са
2+
в поглощаю-
щий комплекс активность Са
2+
в растворе поддерживается на сравни-
тельно постоянном уровне за счет дополнительного растворения гипса.
Продуктом реакции является Na
2
S04
—
легкорастворимая соль,
•способствующая коагуляции почвенных коллоидов и легко вымывае-
мая из почвы при последующей промывке. Таким образом, достигается
высокая эффективность гипсования.
Количество гипса, необходимое для гипсования солонцеватых почв
и солонцов, рассчитывают исходя из содержания обменного натрия.
Не трудно подсчитать, что если в почве содержится 12 мг-экв/100 г
•обменного натрия, то в пересчете на мелиорируемый почвенный слой
мощностью в Я см и площадью 1 га это составит
12-Я-сМООО экв/га,
где d
—
объемная масса почвы. Такое количество эквивалентов гипса
соответствует количеству обменного натрия. Выразив количество гип-
са в молях, получим: \2-H-d-—-— моль/га. Реакция обмена в поч-
вах протекает не строго количественно, а часть Са
2+
расходуется на
побочные процессы. Поэтому оптимальные дозы гипса для конкретных
условий подбирают опытным путем.
Кроме гипса с той же целью применяют СаС0
3
, однако раствори-
мость последнего много ниже растворимости гипса, а в результате об-
менной реакции может образоваться сода:
Ша
2
+ Са
2
+ + СО
2
" ^ ПСа + 2Na+ + СО
2-
,
•что отрицательно влияет на растения и на химические свойства почвы.
Много внимания, особенно в связи с внедрением безотходных тех-
нологий в промышленности, уделяют возможности использования раз-
личных промышленных отходов в качестве химических мелиорантов.
В их число входит отход преципитатных заводов
—
фосфогипс, содер-
жащий около 70—75% CaS0
4
и 1—2% фосфора. Исследуется возмож-
ность использования глиногипса, терриконовых пород.
109
Более глубокие изменения вызывают кислые мелиоранты, как же-
лезный купорос, серная кислота, также являющиеся отходами про-
мышленности. Кислые мелиоранты устраняют щелочность почв, увели-
чивают растворимость кальциевых солей, вытесняют обменный натрий,
повышают подвижность важнейших элементов питания растений.
Оптимизация состава обменных катионов не только улучшает ус-
ловия развития сельскохозяйственных растений, но и повышает ста-
бильность самой почвы, ее устойчивость к влиянию различных небла-
гоприятных факторов. Как писал академик К. К. Гедройц, «...сельский
хозяин, известкуя (или гипсуя при солонцеватых почвах) почву и за-
меняя этим поглощенный натрий и поглощенный водородный ион поч-
вы кальцием, сохраняет для своих потомков сельскохозяйственную
ценность почвы» (Избр. соч., т. 1, 1955, с. 405).
ГЛАВА 6
СОЕДИНЕНИЯ АЛЮМИНИЯ И ПРОБЛЕМА
ПОЧВЕННОЙ КИСЛОТНОСТИ
Из элементов третьей группы периодической системы элементов
Д. И. Менделеева только алюминий содержится в почвах в макроко-
личествах и играет важную конституционную роль. Остальные элемен-
ты могут быть отнесены к группе микро- и ультрамикроэлементов; в
их числе существенное физиологическое и сельскохозяйственное значе-
ние имеет бор.
Среднее содержание А1 в земной коре составляет около 8% (ве-
совых); по А. Е. Ферсману
—
7,45%, по А. П. Виноградову
—8,05%.
Для алюминия характерна отчетливо выраженная концентрационная
дифференциация в зависимости от породы. Ультраосновные породы со-
держат в среднем около 0,45% А1, а в осадочных породах (глинах, слан-
цах) оно возрастает до
10—11%.
Кислые, средние и основные породы
(граниты, диориты, базальты и т. п.) занимают промежуточное поло-
жение
—
7—9 %.
В океанических водах концентрация А1 близка к 0,01 мг/л. В реч-
ных и озерных водах содержание алюминия несколько выше
—
0,02—
0,03 мг/л, а в щелочных водах при рН 9—11 концентрация его может
достигать 0,5—0,7 мг/л. Наиболее высокая концентрация была найде-
на в подземных водах
—
до нескольких миллиграммов в литре.
В живых организмах в среднем содержится 5-10~
3
% А1; в золе
растений содержание его довольно высоко и может составлять до
1,4%.
Средние величины дают только самое общее представление об
уровнях содержания и распределения алюминия. Даже в группе оса-
дочных горных пород содержание А1 может изменяться в 10—15 раз;
если в глинистых породах содержится, по Ф. Кларку, 8,15% А1, то в
песчаных всего 2,52%, а в известняках только лишь 0,4% А1. Неодно-
родны в этом отношении и глинистые породы; в глинистых толщах
Русской равнины содержание А1, по данным А. П. Виноградова, ко-
леблется от 6,1 до 9,7%.
Состав пород, таким образом, очень существенно влияет на содер-
жание А1 в почвах; общий уровень содержания алюминия в почвах за-
висит в основном от породы. Если, например, среднее содержание А1
в почвах европейской части СССР составляет 7%, колеблясь в сугли-
110