Обменные катионы почв

Состав обменных катионов почв является одним из важнейших по­казателей, используемых при диагностике и классификации почв. Так, например, в зависимости от содержания катионов Н⁺ и А1³⁺ все почвы можно разделить на две группы: почвы, насыщенные основаниями (не содержат Н⁺ и А1³⁺), и почвы, не насыщенные основаниями (содержат Н⁺ и А1³⁺).

Степень насыщения почв основаниями определяется по фор­муле:

V = · 100 (%), где

V — степень насыщения почв основаниями в % от ЕКО;

S — сум­ма концентраций обменных оснований (сумма концентраций катио­нов Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺);

ЕКО — стандартная емкость катионного обмена.

Почвы, не насыщенные основаниями, содержат некоторые коли­чества обменных катионов Н⁺ и А1³⁺, и для них всегда S < ЕКО. В эту группу почв входят подзолистые, дерново-подзолистые, болот­ные, серые и бурые лесные почвы, некоторые черноземы и почвы влажных субтропиков.

Насыщенные основаниями почвы — это преимущественно степ­ные почвы (черноземы, каштановые, сероземы, бурые и серо-бурые степные), а также почвы различных зон, сформированные при уча­стии жестких грунтовых вод или на карбонатных породах. Среди этой группы следует выделить почвы, содержащие в значительных количествах обменный катион Na⁺. К ним относятся солонцева­тые почвы, солонцы, многие солончаки. Повышенное содержание обменного катиона натрия в солонцах, например, приводит к по­явлению таких отрицательных свойств почв, как высокая щелоч­ность, плотная слеживаемость в сухом состоянии, сильная трещиноватость мощной почвенной корки, что вызывает разрыв корневой системы растений и гибель всходов. Во влажном состоянии такие почвы отличаются плохими водно-физическими свойствами (вяз­кость, заплывание и липкость почвенной массы). Существуют три основные возможности засоления почвенной толщи: путем капиллярного поднятия солей с влагой снизу; по­верхностными водами; первичное засоление, обусловленное мор­ским генезисом почвообразующей породы. Первые два пути свя­заны с ошибками в сельскохозяйственном использовании земель, которые приводят к нарушению сложившихся в естественных усло­виях соотношений обменных катионов. Наибольшее влияние на со­став обменных катионов в почвах, используемых для сельского хо­зяйства, оказывает внесение минеральных удобрений, орошение и осушение полей, поскольку эти агротехнические мероприятия спо­собны вызвать изменение состава почвенных растворов.

Помимо состава почвенного раствора на количественный и ка­чественный состав обменных катионов значительное влияние ока­зывает природа почвенно-поглощающего комплекса (ППК). Почвы обладают различной способностью селективно поглощать катионы одного рода в ущерб катионам другого рода. Коэффициент селек­тивности катионного обмена K_S, количественно характеризующий это явление, может быть определен по формуле:

K_S = ,

где Mj и Mj — концентрации обменных катионов i-го и j-ro видов в ППК; Zi и Zj — их заряды; а_i и а_j- — активности соответствующих катионов в равновесном растворе.

Значение коэффициента селективности зависит от свойств кати­онов и химических особенностей компонентов ППК.В общем случае предпочтительнее связываются катионы с более высоким зарядом, а при равных зарядах — катионы с большей атомной массой.

Коэффициент селективности для пары обменных катионов, на­пример Ca²⁺-Na⁺, по данным различных авторов колеблется от 4 до 16. Однако, несмотря на способность почв преимущественно свя­зывать катионы кальция, при орошении почв в них возможно на­копление Na⁺. Это объясняется тем, что воды рек и водохранилищ, используемые для орошения в засушливых районах, содержат замет­ные количества натриевых солей. Доля Na⁺ в составе растворенных солей по мере удаления по оросительным каналам от водохранилища постоянно повышается. При попадании в почву эти воды способны сместить установившееся равновесие в составе обменных катионов и способствовать возрастанию доли катионов Na⁺ в почвенно-поглощающем комплексе.

В качестве одной из характеристик природных и сточных вод,применяемых для орошения, принято использовать показа­тель адсорбируемости натрия (в англоязычном варианте – sodium adsorption ratio – SAR), который позволяет оценить опасность за­соления и осолонцевания почв:

SAR = 1,41·,

где[Na⁺], [Ca²⁺], [Mg²⁺] — концентрации соответствующих катио­нов в воде (мэкв/л).

Оценка опасности засоления и осолонцевания почв носит пока эмпирический характер и зависит от общей минерализации воды и величины SAR.