Почвенные коллоиды и их происхождение

Почвенные коллоиды образуются в процессе выветривания и почвообразования в результате дробления крупных частиц или путем соединения молекулярно раздробленных веществ. В почве хорошо развита поверхность раздела между твердой (дисперсная фаза), жидкой и газообразной (дисперсионная среда) фазами, между ними постоянно происходят процессы взаимодействия и устанавливается динамическое равновесие. Газообразная и жидкая фазы почвы вследствие присущей им подвижности обладают наибольшей изменчивостью. Твердая фаза в целом значительно более инертна, главным образом вследствие того, что входящие в ее состав соединения большей частью нерастворимы в воде.Однако некоторая доля твердой фазы способна принимать участие во многих быстро протекающих процессах благодаря присущей ей большой удельной поверхности, которая, в свою очередь, зависит от размера частиц. Эта доля твердой фазы выделяется из общей массы почвы под названием почвенного коллоидного комплекса.

В состав почвенной массы входят частицы разного размера. Самые мелкие тонкодисперсные из них с размером менее 0,0001 мм, относятся к коллоидам. Образуются коллоиды путем раздробления более крупных частиц или путем конденсации молекул в агрегаты молекул. Эти частицы проходят через обычные фильтры, не оседают в воде и обнаруживают броуновское движение - беспорядочное движение частиц вещества, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под влиянием соударений этих частиц с молекулами окружающей среды.

В почвах коллоиды образуют двухфазную систему, состоящую из дисперсной фазы (твердые коллоидные частицы) и дисперсной среды (почвенный раствор). Высокодисперсные системы по величине частиц делятся на три группы: предколлоидные системы (1 микрометр»микрон» (10^-6м) – 100 нанаметр (10^-9м), коллоидные системы (диаметр частиц 100-1 нм), молекулярные растворы (менее 1 нм).

Почва относится к гетерогенным полидисперсным образованиям, для которых коллоидное состояние вещества имеет большое значение. Поглотительной способностью обладают как коллоидные частицы (0,2-0, 001 мкм), так и предколлоидная фракция (0,2-1 мкм). Диаметр частиц в 1 мкм представляет собой грань, отделяющую механические элементы с резко выраженной поглотительной способностью.

Коллоиды в почвах всегда представлены сложной системой минеральных, органических и органоминеральных соединений, состав и количественное соотношение которых зависит от характера почвообразующих пород и типа почвообразования.

В большинстве почв преобладают минеральные коллоиды, на долю которых приходится 85-90% их общей массы. Они состоят главным образом из частиц глинистых минералов, которые в почве могут быть унаследованы от материнской горной породы, но могут и создаваться вновь в процессе почвообразования.

К минеральным относятся глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, галлуазит, гидрослюда, иллит, вермикулит и др.); гидроксиды железа, алюминия, марганца, кремния и их комплексные соли – коагели.

К органическим относятся аморфные гумусовые вещества, некоторые полисахариды и клетки наиболее мелких бактерий.

Органоминеральные коллоиды представлены сложными образованиями гумусовых веществ с минеральными коллоидами и окончательно пока не изучены.

Таким образом, большая часть почвенных коллоидов представлена минералами, имеющими кристаллическое строение. Однако в состав коллоидов входят и аморфные образования- гели гидратов окисей железа и алюминия, органического вещества.

Основное свойство коллоидов – способность к поглощению веществ из растворов как в виде молекул, так и в виде ионов. Поглощенные вещества могут обмениваться на другие, находящиеся в растворе, т.е. коллоиды обусловливают поглотительную и обменную способность почв.

Характерной особенностью почвенных коллоидов является наличие большой суммарной и удельной (поверхность почвенных частиц в м² или см² в единице массы или объема почвы) поверхности. Удельная поверхность является одним из параметров, определяющих химическую активность почв, так как с увеличением дисперсности частиц их химическая активность возрастает. Характеристикой размера частиц в дисперсных системах является мера дисперсности - отношение общей поверхности всех частиц к их суммарному объему или массе частиц. Удельная активность (в м² /г) коллоидов гумусового горизонта различных суглинистых почв составляет: дерново-подзолистые –29, серые лесные – 33, черноземы – 48.

С увеличением суммарной поверхности растет суммарная поверхностная энергия и возрастает химическая активность коллоидов. Удельная поверхность выше в суглинистых почвах, чем в песках и супесях, а также в гумусовом горизонте, чем в нижележащих.

Основными почвенными коллоидами являются глина, гумус, кремнезем (электроотрицательные коллоиды), алюминий и железо (электроположительные коллоиды). Коллоиды среднестатистической почвы обычно на 80 % представлены алюмосиликатами, 10 % составляют свободные полуторные окислы, 5 % гумус и 5 % кремнезем и др.