Почвенные коллоиды, строение мицеллы, емкость поглощения.

Почва – природное образование. Твердая фаза. Многокомпонентное образование – дисперсная среда. Дисперсная система = дисперсная фаза + дисперсионная среда.

3 группы дисперсных систем:

1. Суспензия (эмульсия), (до 0.001 мм или до 1микрона). Проявляется явление Тиндаля – просвечиваются насквозь. Частицы фазы представлены вторичными минералами.

2. Коллоидные растворы (от 0.001 – 0.000001 мм или от 1микрона до 1миллимикрона).

3. Истинные растворы (< 0. 000001 мм).

Явление Тиндаля – частицы просвещаются светом насквозь в мутных средах.

Коллоидами называются минеральные, органические и органно -минеральные частицы и молекулы размером от микрона до

В коллоидных растворах частицы фазы представлены группами молекул. Явление Тиндаля не проявляется.

Истинные растворы частицы фазы представлены отдельными молекулами или ионами. Коллоидные растворы обладают сорбционной (поглотительной способностью).

Природа сорбционной способности.

AgBr (бромистое серебро).

(+) Ag (●)

Br (●)

Природа сорбционной способности на примере простейшего коллоида AgBr

В AgBr – центральный ион Br связан с 6-ю ионами Ag противоположного заряда. К ионам серебра будут притягиваться ионы брома. На связь с поверхностными ионами серебра затрачивается 1/ 2 – 1/6 отрицательного заряда брома.

Ag ←Br ^-

Br^- ← K⁺

Мицелла – коллоидная частица с двойным электрическим слоем. Внутренняя часть мицеллы – ядро. 1- ядро; 2 – потенциалообразущий слой; 3 - неподвижный (внутренний) слой компенсирующих ионов; 4 – диффузный слой. 4 + 5 = слой подвижных компенсирующих ионов. Мицелла без диффузного слоя – частица.

Ацитоид (-) заряд потенциала образующего слоя(K, Ca, Fe, Al)	базоиды (Br, Cl, PO4,)

Емкость поглощения – это количество ионов поглощенные коллоидами содержащихся в 100 г почвы (мг/экв.)

ЕКО (емкость катионного обмена). ЕАО (емкость анеонового обмена).

Еп =ЕКО + ЕАО.

2 момента величины емкости поглощения зависят от:

1. Содержание в почве илистой фракции.

2. Содержание гумуса.

 

По строению ядра 3 группы коллоидов:

1. Минеральные коллоиды. Ядро образовано вторичными минералами, которые являются продуктами химического выветривания и которые входят в состав илистой фракции мелкозема. Множество вторичных минералов.

Большая емкость поглощения: монтмориллонит. Если присутствует в составе илистой фракции много коллоидов, то больше величина емкости поглощения.

Средняя емкость поглощения: каолин, каолинит, гидрослюды.

Маленькая емкость поглощения: Гетит, гематит, гидрогитит.

2. Органические коллоиды. Ядро образовано молекулами гуминовых кислот и белковых соединений.

3. Органоминеральные коллоиды. Ядро образовано одновременно и минеральными и органическими соединениями.

 

9. Вода в почве: формы почвенной влаги. Типы водного режима и их влияние на почвообразование.

Почвенная влага. Говоря о физике почвы, коснемся вкратце вопроса о почвенной влаге. Вода в почве содержится в нескольких формах:

1. Гравитационная вода. Подпертая водонепроницаемым слоем грунтовая вода, свободно передвигающаяся по горизонтали. Заполняет все полости между комками почвы и перемещается ↓.

2. Доступная капиллярная вода. Содержится в порах и крупных капиллярах. Доступна в любой момент для усвоения корнями растений.

3. Недоступная капиллярная вода. Содержится в наиболее мелких капиллярах, но за счет сил поверхностного натяжения на частичках почвы недоступна для растений.

4. Гигроскопическая вода. Пленки из молекул воды, адсорбированных на поверхности минеральных частиц. Абсолютно недоступна для растений.

Важным параметром влажности почвы является влага завядания. В зависимости от свойств почвы (в основном от механического состава) влага завядания может быть разной. Наиболее низка она в песчаных почвах, где между крупными частичками не образуется мелких капилляров и вода из пор быстро просачивается вниз. Остается только гигроскопическая влага. Средних значений этот параметр достигает в глинистых почвах, где между коллоидными частичками много мелких капилляров и мало крупных. В таких почвах влага завядания представлена недоступной капиллярной водой. Максимальных или оптимальных значений этот показатель достигает в суглинистых или супесчаных почвах, где в изобилии сочетаются друг с другом крупные и мелкие капилляры и поры.

 

Рис. 9. Подвешенная (1) и подпертая (2) капиллярная влага.
ГВ – грунтовые воды; В – водоупор

Капиллярная вода бывает подпертой и подвешенной (рис. 9). Подпертая капиллярная влага наблюдается на границе водоносного горизонта, где по его верхней границе поднимается вверх по капиллярам. Подвешенная капиллярная влага образуется в верхней части почвы после дождя. Наиболее высоко поднимается подпертая влага и длительнее всего подвешенная удерживается в легкосуглинистых почвах. Это почвы, обладающие наилучшими лесорастительными свойствами. Однако если на таких почвах водоупор залегает относительно близко к поверхности, происходит смыкание подпертой и подвешенной капиллярной каймы и происходит заболачивание.

5. Кристаллизационная вода – входит в состав почвенных минералов. Недоступна, не принимает участие в почвообразовании

6. Парообразная форма.

7. Сорбционно – связанная вода (гигроскопическая, пленочная)

Типы водного режима.

1. Промывной тип водного режима (Тайга). Атмосферные осадки просачиваются через толщу грунта или почвы на некоторую глубину и достигают 1 водоупорного горизонта.

2. Периодически промывной тип водного режима.

3. Непромывной. К< 1. просачивается на несколько десятков см.

4. В этих же аридных районах формируется также выпотный тип водного режима, где K > 1. Наблюдается в отрицательных формах рельефа. Грунтовые воды (хлориды) поднимаются за счёт капиллярного поднятия. Здесь формируются засолённые почвы – солончаки, солонцы, солоди.

солончаки соленость

солонцы

солоди

 

5.Застойный тип водного режима. Избыточное увлажнение. Тяжелый механический состав грунтов.

Оглеение. Fe₂O₃ – окись →FeO – закись.

Тундро-глеевые почвы. Заболачивание

6. Мерзлотный тип водного режима.

При таком движении воды формируются почвы, у которых очень плохо выражены почвенные горизонты. Т.к. Летом вода оттаивает и опускается, а на контакте с мерзлотой замерзает.

Зимой когда вода замерзает, она начинает подниматься вверх. Из-за этого движения грунт перемешивается и получаются криозёмы.

 

Факторы:

Прямое воздействие: антропогеновое (антропоземы или агрозёмы). Человек перекапывает землю, вносит в неё удобрение (минеральное) → почва начинает отличаться от той, что была раньше – появляется агрозём.

(Ветровая эрозия - дефляция).

Косвенное: пестициды, ДДТ (дуст), заводы, ЦБК, машины.

 

10. Гумус, его образования, состав и свойства.

Надпочвенный опад и внутрипочвенный опад.

Опад состоит из различных органических соединений: 1. Углеводы (в составе углеводов преобладает целлюлоза и гемицеллюлоза); 2. белковые вещества; 3. лигнин; 4. липиды; 5. Дубильные вещества.

C₆H₁₀O₅ целлюлоза

C₂₀H₃₀ Смолы

В белковых появляется N₂.

Подвергаются воздействию микроорганизмов и с этим опадом происходят сложные биохимические превращения. В горизонтах Ao, Aov, A1 3 процесса:

1. Тление - в результате этого процесса органические вещества с опадом превращаются в полностью окисленные вещества (H₂ CO_3, H₂O), соли(Ca₂ SO_4, K₂CO₃ ) и окислы (Al₂O_3, Mn₂O₃ ).

2. Гниение – процесс анаэробный в результате гниения образуются вещества: CH_4, H₂S, H_2, NH₃, PH_3.

3. Брожение – образование сложных органических соединений (спирты, альдегиды, органические кислоты).

Минерализация вызывается микроорганизмами.

C, H, O CO_2, H₂O

Минерализация

Углеводы переходят в моносахариды (происходит в результате гидролиза), затем брожение (спирты) → подвергаются дальнейшему брожению → уксусная кислота → распадается до углекислоты → CO₂↑ и H₂O.

Белковые соединения переходят в пептоны, затем в пептиды, затем в аминокислоты, далее в фенольные соединения → распад до H₂O и CO₂

В процессе минерализации из недоступной в доступную переходят K,P, S, N.

Наряду с минерализацией в подстилочных горизонтах (Ao, Aov, Ad, A1) происходит сложный геохимический процесс – гумификация (образуется гумус).

Растительные остатки. I стадия moor

лигнины

Углеводы белковые

вещества

 

фенольные амино- фенольные II стадия moder

соединения кислоты соединения

 

 

полимеризация III стадия mull

конденсация

 

I стадия – растительные остатки еще сохраняют свое анатомическое строение, наиболее прочные растительные ткани сохраняются, но такие как паренхима – разлагаются. В результате разложения образуются аминокислоты и фенольные соединения. Происходит в подстилочных горизонтах: Ao, Aov - верхняя часть. Растительные остатки приобретают бурый цвет.

II стадия moder. Фенольные соединения и аминокислоты подвергаются конденсации, т. е. они объединяются. На этой стадии растительные остатки полностью утрачивают свое анатомическое строение. Конденсация в средней части (Ao’’) – слои ферментации. Преобладает черная окраска.

III стадия mull – гумусовая. Осуществляется в слое гумификации Ao’’’. образование гумуса.

Органическое вещество почвы(100%) – сумма 2-х слагаемых.

1.Органические вещества индивидуального природы (протеины, углеводороды, аминокислоты, сахара, органические кислоты, полифенольные соединения)- 10-15%.

2. Группа специфических органических веществ почвы (гумус) – 90-85%.

Гумус - это система органоминеральных азотсодержащих соединений циклического строения и кислотной природы.

В составе гумуса органоминеральные и азотсодержащие соединения: C, O, H, + N+ S, Fe, Zn, P и т. д.

Циклического строения.

Кислотной природы – способность гумуса вести, как кислоты. Гумус может реагировать с металлами, входящими в состав почвы.

Гумус = Фульвокислоты + гуминовые кислоты + гумины.

Фульвоксилоты. Образуются преимущественно в составе гумуса в составе лесных почв. Фульвокислоты – это сильные кислоты – легко взаимодействуют с металлами, входящими в состав минералов твердой фазы почвы, при взаимодействии с металлами образуются соли. Фульвокислоты + Fe →фульваты.

Фульваты щелочноземельных элементов (Na, K, Ca) при взаимодействии образуются фульваты, которые растворяются в воде. Легко вымываются из почвенной толщи. При взаимодействии фульвокислот с полуторными оксидами (Te, Al, Mn) – образуются фульваты, которые растворимы лишь в кислой среде, а при снижении кислотности выпадают в осадок в горизонте B. Фульвокислоты хорошо растворимы в воде и хорошо перемещаются в почве.

Гуминовые кислоты. В почве травянистых сообществ. В отличии от фульвокислот гуминовые кислоты нерастворимы в воде. Они неподвижны, слабые кислоты – плохо взаимодействуют с металлами, входящими в состав твердой фазы почвы. При взаимодействии с металлами образуются гуматы. Гуматы Ca, Mg – нерастворимы в воде, гуматы K, Na - растворимы- наблюдается при переувлажнении почв – переходят в состояние золя.

Различие фульво- и гуминовых кислот:

1. Длина молекулы.

2. Периферические радикалы свойства кислот (активность).

3. разное количество атомов (C, N)/

Гумус является важнейшим компонентов почвы, который определяет многие свойства почв.

1. Содержание гумуса выражают в %. Колеблется от долей %- от 0.01 до 16%

В верхних слоях почвы (A1,Ad).

2. запасы гумуса в тоннах на Га. Содержание гумуса во всех слоях почвы.

1 га = 100*100 = 10000 м ².

V = 10000 * 0.2 = 2000 м ³ .

Средний удельный вес почвы 1.5 т/ м ³

Вес почв = 2000 м ³ * 1.5 т/ м ³ = 3000 т

3000 т = 100%

150 т = 5%.

Может быть 700 т/га.

Содержание гумуса с глубиной меняется: лесные цинозы – резко убывает с глубиной, травянистые сообщества – плавно убывает с глубиной.

Гумус влияет на:

1. Наличие азота в почвах (60% азота из гумуса, которые получают растения).

2. Содержание других зольных элементов (S, P, K).

3. Емкость поглощения – прямопропорционально (Чем ↑ гумуса, тем ↑ Ёмкость поглощения).

4. Кислотность почв (РН). Лесные почвы обладают кислой реакцией по сравнению с травянистыми сообществами.

5. Структура почв: чем больше гумуса, тем лучше структура, так как гумус является “цементом”.

6. Направленность процессов почвообразования, где гуминовые кислоты – там аккумулятивный тип. Где фульвокислоты – там элювиальный.

7. Тепловые свойства почв. Чем ↑ гумуса, тем почва лучше, быстрее и глубхе прогревается.

8. Аккумулятор солнечной энергии.

9. Гумус способен связывать пестициды.