Материал: GOSY-1_vmeste

Газовая фаза почвы весьма лабильна => динамика почв. воздуха имеет суточный и сезонный (годовой) ход. Почв. воздух резко откликается на доп.поступление влаги в почву. => в орошаемых почвах наблюдается специфич-я динамика сод-я и состава почв. воздуха в связи с режимом орошения.

Суточная динамика: определяется суточным ходом атм. давления, t, освещенности, изменениями v фотосинтеза - контролируют интенсивность диффузии (Ds), дыхания корней (Rs), микробиолог-ой активности (Ms), интенсивность сорбции и десорбции (Gl,s), растворения и дегазации (Sl).=> конц-я газов в составе почв/воздуха определяется как: Cl = F(Ds,R,Ms,Gl,s,Sl...). Суточные колебания затрагивают лишь верхнюю полуметровую толщу почвы. Амплитуда этих изменений для О2 и СО2 не превышает 0,1-0,3%. Существенно в теч. суток изменяется интенсивность почв. дыхания.

Сезонная (годовая) динамика: определяется годовым ходом атм. давления, t, осадков и тесно связанными с ними вегетационными ритмами развития растит-ти и микробиолог-ой деят-ти.

Годовой воздушный режим включает в себя динамику воздухозапасов, воздухопроницаемости, состава почв. воздуха, растворения и сорбции газов, почв. дыхания.

Динамика воздухозапасов (воздухосод-я) тесно связана обратной корреляционной связью с динамикой влажности почв, является ф-цией распределения осадков. Динамика воздухопроницаемости определяется изменениями состояния пов-ти почв от пахоты до уборки и следующей пахоты.

Сезонная динамика отражает биологич-е ритмы. Концентрация СО2 в верхней толще max в период наивысшей биологической активности (насыщение почвенной толщи углекислотой; по мере затухания биологич-ой деят-ти происходит отток СО2 за пределы почв. профиля). Конц-и О2 имеют обратную зависимость. Поливы, резко изменяя термодинамические усл-я почвы, вызывают существенные изменения воздухосод-я и состава воздуха, интенсивности дыхания почв. Харр и амплитуда изменений тесно связаны с нормой поливов. Поливы дождеванием нормой до 250-300 м³/га вызывают слабые изменения в составе почв.воздуха. Через 2-3 сут система приходит в состояние динамич-го равновесия, присущего данному типу почв и растит-ти в данном сезоне года. Поливы дождеванием нормой 500-600 м³/га (норма вегетац-х поливов в черноземной зоне) вызывают более существенные сдвиги в составе почв. воздуха. При избыточных поливах конц-я СО2 достигает более 2,0%, что неблагоприятно для развития воздухолюбивых культур (овощи, плодовые). При этом снижается в 5-10 раз v выделения СО2 пов-тью почвы - ассимиляционный аппарат растений работает в дефиците СО2.

Полив дождеванием с нормой 1000 м³/га в усл-х активной вегетац-ой деят-ти на почвах тяжелого мех состава: конц-и О2 уменьшается до 10,0% и ниже, СО2 накапливается до 5-7%. В почве образ-ся микрозоны анаэробиозиса, в почв. воздухе появляются аналитически уловимые конц-и микрогазов: H2S, СН4, С2Н2 - токсичные. Повышенные конц-и СО2 в прикорневых зонах вызывают снижение интенсивности поглощения воды корневыми волоскам - снижается интенсивность транспирации воды при высоком уровне физ-го испарения влаги с пов-ти почв. Все это уменьшает эффективность поливов и требует разработки мероприятий, направленных на оптимизацию водно-воздушного режима почв при орошении.

Виды поглотительной способности почв-ее свойство обменно либо необменно поглощать различные твердые, жидкие и газообразные вещества или увеличивать их концентрацию у поверхности содержащихся в почве коллоидных частиц.

Виды поглотительной способности почв

1. Механическая поглотительная способность — это свойство почв поглощать поступающие с водным или воздушным потоком твердые частицы, размеры которых превышают размеры почвенных пор. От размера и формы пор зависят крупность задерживаемых частиц и глубина их проникновения в почву. Вода, проходя сквозь почвенную толщу, очищается от взвесей,

2. Химическая поглотительная способность обусловлена образованием в результате происходящих в почве химических реакций труднорастворимых соединений, выпадающих из раствора в осадок. Поступающие в почву в составе атмосферных, грунтовых поливных вод катионы и анионы могут образовывать с солями почвенного раствора нерастворимые или труднорастворимые соединения. Например:

3. Биологическое поглощение вызвано способностью живых почвообитающих организмов (корни растений, микроорганизмы) поглощать различные элементы. Характеризуется большой избирательностью поглощения, обусловленной специфической для каждого вида потребностью живых организмов в элементах питания.

4. Физическая поглотительная способность — способность почвы увеличивать концентрацию молекул различных веществ у поверхности тонкодисперсных частиц. Поверхностн-ая энергия таких частиц, стремится к наибольшему сокращению. Это реализуется или уменьшением поверхности твердой фазы (укрупнение частиц), или понижением поверхностного натяжения путем адсорбции на поверхности частиц некоторых веществ.

Вещества, понижающие поверхностное натяжение, ПАВ (органические кислоты, алкалоиды, многие высокомолекулярные органические соединения). Они притягиваются к поверхности тонкодисперсных частиц, т. е. испытывают положительную физическую адсорбцию. Многие минеральные соли, кислоты, щелочи, некоторые органические соединения повышают поверхностное натяжение воды, вызывая явление отрицательной физической адсорбции, при которой концентрация данных веществ уменьшается по мере приближения к поверхности частицы. Понижение поверхностного натяжения достигается в данном случае избирательной адсорбцией молекул воды, а не растворенных в ней веществ.

5. Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность — способность почвы поглощать и обменивать ионы, находящиеся на поверхности коллоидных частиц, на эквивалентное количество ионов раствора, взаимодействующего с твердой фазой почвы. Это свойство почвы обусловлено наличием в ее составе так называемого почвенного поглощающего комплекса (ППК), связанного с почвенными коллоидами.

Обменная поглотительная способность почв обусловлена наличием в ней почвенного поглощающего комплекса. ППК — это совокупность твердых (минеральных, органических и органоминеральных соединений) высокой степени дисперсности, нерастворимых в воде и способных поглощать и обменивать поглощенные ионы, несущих на пов-ти заряд.

Поглотительной способностью обладают как коллоидные частицы (0,2—0,001 мкм), так и предколлоидная фракция (0,2— 1 мкм).

Характерной особенностью почвенных коллоидов является наличие большой суммарной и удельной (поверхность почвенных частиц в м² или см в единице массы или объема почвы) поверхности.

Особенности поглотительной способности различных почв в значительной степени обусловлены составом почвенного поглощающего комплекса, составом и строением почвенных коллоидов->

коллоиды обладают выраженной способностью к поглощению — адсорбции.

Состав и свойства поверхности наиболее обычных коллоидов почв

Наибольшей поглотительной способностью характеризуются почвы тяжелоглинистого механического состава, содержащие большое количество минералов монтморнллонитового типа и гумуса. Сниженной поглотительной способностью -малогумусные почвы и грунты грубого механического состава или содержащие большое количество минералов каолинитового типа.

ППК:

Катионный обмен- способность почвы обменивать катионы, находящихся в составе твердофазных почвенных компонентов, на эквивалекнтное кол-во катионов др. хим. элементов, находящихся в контактирующей с почвой жидкой фазой.

катионный обмен-наибол. характерный случай ионного обмена,это обратимая реакция стехиомьтерич. обмена ионами мд контактирующими фазами почвы и р-ра: Поч-Са+2Н+=Поч-Н2=Са2+

Причина возникновения катиообменной способности почвы с рас-м-наличие на пов-ти органич. и минеральных почвенных компонентов отрицательных электрических зарядов.

Главные компоненты ППК- тонкодиперстные алюмосиликаты (глинистые минералы), оксиды и гидроксиды Si, Al, Fe, почвенный гумус

Причины возникновения «-« заряда ППК:

1)гетеровалентное изоморфное замещение в кристалич.  глинистых минералов.

2)Диссоциация поверхностных гидроксильных групп гидроксидов Fe, Al и наиболее реакционноспособных гидроксильных и карбоксильных групп гумусовых вещ-в.

Диссоциация ОН-групп. Переменный, рН зависимый заряд ППК возникает при диссоциации повер-х ОН-групп почвенных минералов по кислотному типу и при диссоциации кислотных функц. групп орг. соединений.

Поверхностные гидроксильные группы: (зависящий заряд от рН) находятся на повер-ти алюмогидроксильных слоев глинистых алюмосиликатов и на поверх-ти минералов-гидроксидов Al,Fe. Эти гидроксильные группы проявляют лишь очень слабые кислотные св-ва и диссоциируют только при высоких рН: =Al-OH +0H=Al-O^-+H20,

Аналогично для кислых функциональных групп почвенного гумуса:

R-COOH+OH=RCOO^-+H20.

pH зависимый заряд, возникающий при диссоциации ОН групп увеличивается с ростом рН сис-мы.

Гетеровалентное изоморфное замещение- (независящий от рН заряд ППК) атомы Si или Al

в узлах крист.  из Si-O2 тетраэдров и Al-OH октаэдров, замещаются на атомы др. элементов с меньшей валентностью: Si (4+)->Al(3+),Al(3+)->Fe(2+),Al(3+)->Mg(2+).

При этом «-« заряд ат. 02 не полностью копенисируется и на пов-ти минеральных частиц возникает «-« заряд. Для сохранения электронейтральности сис-мы к пов-ти минеральнйо частицы из рас-ра притягиваются обменные катионы. Заряд изморфного замещения не зав-т от рН, и явл-ся постоянным.

Строение и заряд почвенных коллоидов. Коллоидная частица-размер 0,2-0,001 µ, кол. р-р <0,001µ

В почве присут-т минеральные, органические и органоминеральные коллоиды, чей состав зав-т от породы и типа почвообразования.

Основа коллоидной частицы (коллоидной мицеллы) явл-ся ядро. Ядро-слож. соединение аморфного или кристаллического строения различного хим. состава(см табл).

На поверхности ядра расположен прочно удерживаемый слой ионов, несущий заряд, — слой потенциалопределяющих ионов. Ядро мицеллы вместе со слоем потенциалопределяющих ионов называется гранулой. Между гранулой и раствором, окружающим коллоид, возникает термодинамический потенциал (рис рис 36), под влиянием которого из раствора притягиваются ионы противоположного знака (компенсирующие ионы). Так, вокруг ядра коллоидной мицеллы образуется двойной электрический слой, состоящий из слоя потенциалопределяющих и слоя компенсирующих ионов ( зарядов противоположного знака.)

ДЭС когда на контакте тв. пов-ти с водой или р-м электролита на границе раздела фаз возникает разность потенциалов. повер-ть приобретает заряд, а в р-ре у поверх-ти концентрируются заряды (ионы) противоположного знака. Это пространственное разделение q вблизи поверх-ти приводит к образованию ДЭС.

Компенсирующие ионы, в свою очередь, располагаются вокруг гранулы двумя слоями Один — неподвижный слой, прочно удерживаемый электростатическими силами потенциалопределяющих ионов (слой Гельмгольца). Гранула вместе с неподвижным слоем компенсирующих ионов называется коллоидной частицей. Между коллоидной частицей и окружающим раствором возникает электрокинетический потенциал (дзета-потенциал), под влиянием которого находится второй (диффузный) слой компенсирующих ионов, обладающих способностью к эквивалентному обмену на ионы того же знака заряда из окружающего раствора

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.