Подвижность микроэлементов

2.2.1. Критерии подвижности

Степень обеспеченности почвы биологически доступными формами микроэлементов играет ключевую роль в минеральном питании растений. Однако до сих пор не существует однозначного понимания термина доступность веществ почвы растениям. Доступность элемента часто отождествляют с его подвижностью, но и термин «подвижные соединения» определен также недостаточно четко. В геологических науках под подвижностью элемента или соединения подразумевается их способность мигрировать в природных средах. Миграция может осуществляться в виде растворов, в твердой или газообразной фазах, т. е. в доступной и не доступной для растений форме. По-видимому, правильнее считать доступным то количество вещества, которое способно мигрировать к поверхности корня в результате всех возможных процессов, происходящих в почве. В настоящее время для оценки доступности веществ почвы корням растений разрабатывается новая миграционная концепция, основанная на математическом моделировании.

В реальной агрохимической и почвоведческой практике под подвижными обычно понимают такие соединения, которые экстрагируются той или иной вытяжкой. Наиболее широкое распространение при оценке содержания в почвах подвижных форм микроэлементов получили методы равновесной экстракции, основанные на извлечении элементов из почвы с помощью различных химических соединений: кислот, щелочей, солей, комплексонов. Относительная легкость и быстрота технического исполнения, а также отражение в определенной степени потребностей растений в минеральных элементах обеспечили этим способам популярность в мировой агрохимической и почвоведческой практике.

Принципиальный недостаток химических подходов состоит в том, что с их помощью невозможно адекватно имитировать сложные процессы взаимодействия растения и почвы, которые происходят в основном с участием микроорганизмов. При использовании большей части методов работа осуществляется с суспензиями, полученными после высушивания и измельчения почвы. Такая процедура подготовки почвенных образцов интенсифицирует экстракцию веществ и плохо имитирует процессы в нативной почве. Степень экстракции веществ из почвы зависит от состава экстрагентов. Поэтому возникает необходимость в применении набора шкал для ориентировочной оценки содержания в почвах доступных форм элементов питания.

В нашей стране широкое распространение получили следующие способы оценки обеспеченности почв подвижными формами микроэлементов. Для извлечения подвижных форм микроэлементов из некарбонатных почв, главным образом лесной зоны, используют метод Я. В. Пейве—Г. Я. Ринькиса (1963); характеристика экстрагентов приведена ниже (табл. 2.1). Согласно методу Н. К. Крупского—А. М. Александровой (1970) экстракция микроэлементов (Mn, Со, Сn, Zn) из почв выполняется с помощью ацетатно-аммонийного буфера, pH 4,8. Этот групповой экстрагент рекомендуется для оценки содержания микроэлементов в различных почвах, включая карбонатные и засоленные. Определение в почве содержания подвижных форм молибдена в большинстве исследований проводят с использованием реактива Григга (раствор оксалата, pH 3,5).

Таблица 2.1 Характеристика экстрагентов при определении подвижных форм микроэлементов по Пейве-Ринькису
Микро элемент Вытяжка Экстрагируемая форма Реагент-комплексообразователь
В Кипящая Н20 Водорастворимая Хинализарин
Мn 0,1 н. H2S04 Подвижная Персульфат аммония
Со 1 н. HN03 » Нитрозо-Л-соль
Сu 1 н. НСl » Дитизон
Zn 1 н. КСІ Обменная »
Мо Раствор щавелевой кислоты и ее аммонийной соли (pH 5 или 7) Подвижная Роданистый калий
Таблица 2.2 Обеспеченность почв микроэлементами для растений разных групп [по: Микроэлементы в почвах... 1981]
Обеспеченность микроэлементами Содержание микроэлементов, мг/кг почвы
Мn
(0,1 н. H2S04)
Сu
(1 н. НСl)
Zn
(1 н. КСl)
Со
(1 н. HN03)
Мо
(по Григгу)
В
2O)
1-я группа растений (не высокий вынос элементов)
Низкая <15 <0,5 <0,3 <0,3 <0,05 <0,1
Средняя 15-30 0,5-1,5 0,3-1,5 0,3-1 0,05-0,15 0,1-0,3
Высокая >30 >1,5 >1,5 >1 >0,15 >0,3
2-я группа растений (повышенный вынос элементов)
Низкая <45 <2 <1,5 <1 <0,2 <0,3
Средняя 45-70 2-4 1,5-3 1-3 0,2-0,3 0,3-0,5
Высокая >70 >4 >3 >3 >0,3 >0,5
3-я групп а растений (высокий вынос элементов)
Низкая <100 <5 <3 <3 <0,3 <0,5
Средняя 100-150 5-7 3-5 3-5 0,3-0,5 0,5-1
Высокая >150 >7 >5 >5 >0,5 >1
Таблица 2.3 Обеспеченность почв микроэлементами для растений разных групп [по: Микроэлементы в почвах... 1981]
Обеспеченность микроэлементами Содержание микроэлементов, мг/кг почвы
Мn Сu Zn Со
1 -я группа растений (невысокий вынос элементов)
Низкая <5 <0,1 <1 <0,07
Средняя 5-10 0,1-0,2 1-2 0,07-0,15
Высокая >10 >0,2 >2 >0,15
2-я группа растений (повышенный вынос элементов)
Низкая <10 <0,2 <2 <0,15
Средняя 10-20 0,2-0,5 2-5 0,15-0,3
Высокая >20 >0,5 >5 >0,3
3-я группа растений (высокий вынос элементов)
Низкая <20 <0,5 <5 <0,3
Средняя 20-45 0,5-1 5-10 0,3-0,7
Высокая >45 >1 >10 >0,7

2.2.2. Факторы, определяющие подвижность

Содержание подвижных форм микроэлементов в почве определяется ионообменными процессами. Их интенсивность и направленность зависят от многих факторов, прежде всего, от свойств ППК. Под ППК понимают совокупность минеральных, органических и органоминеральных компонентов твердой части почвы, обладающих ионообменной способностью. Кроме свойств ППК на ионообменные процессы в почве влияют химическая природа ионов, климатические факторы, вещества, способные изменять электрохимические потенциалы. Рассмотрим наиболее важные компоненты ППК, влияющие на подвижность соединений микроэлементов в почве.

Минералогический и гранулометрический состав почвы

В почве известные микроэлементы большей частью приурочены к тонкодисперсным фракциям почв и материнских пород. В отличие от грубых тонкие фракции обогащены так называемыми глинистыми минералами, аккумулирующими значительные количества микроэлементов. Первичные минералы практически не участвуют в сорбционных процессах, но служат потенциальными источниками микроэлементов. Не случайно поэтому глинистые минералы рассматривают как минералогическую основу ППК. Термин «глинистые минералы» строго не определен. Обычно в почвах к глинистым минералам относят следующие группы: каолиниты, монтмориллониты, иллиты, хлориты, вермикулиты. Все они являются слоистыми алюмосиликатами. Глинистые минералы могут содержать незначительное количество микроэлементов в качестве структурных компонентов, однако основная их роль в регуляции подвижности элементов питания растений связана с высокой сорбционной емкостью, обусловленной функциональными группами и большой площадью поверхности. Способность почв поглощать катионы или анионы характеризуют с помощью понятий емкость катионного обмена (ЕКО) и емкость анионного обмена (ЕАО). С уменьшением размера частиц почвы ЕКО существенно возрастает. В почвах многих типов до 90% обменных катионов связано с фракцией ила. Высокая обменная емкость илистой фракции обусловлена не только большой адсорбционной поверхностью. Тонкие фракции почв, особенно верхних горизонтов, содержат много гуминовых веществ, способствующих аккумуляции микроэлементов.

Обменная емкость глинистых минералов, как правило, изменяется в следующей последовательности: монтмориллонит = вермикулит > иллит, хлорит > каолинит > галлуазит. Сорбция микроэлементов минералами группы монтмориллонита в значительной степени зависит от величины заряда и размера катиона. Сорбированные монтмориллонитами микроэлементы достаточно легко переходят в жидкую фазу и служат важным резервом минеральных элементов для растений. Как сорбция, так и десорбция микроэлементов глинистыми минералами зависит от pH среды.

Выявлена количественная зависимость между дисперсностью субстрата и поглощением растениями элементов питания. С увеличением дисперсности субстрата концентрация в растениях многих макро- и микроэлементов существенно уменьшается. При этом воздействие частиц пылеватого песка в среднем вдвое слабее, чем глинистых. Наиболее сильно негативное влияние глинистых фракций почвы сказывается на поглощении растениями меди, цинка, марганца, кобальт и молибдена.

Оксиды и гидроксиды

Из многочисленных соединений этого типа наибольшее влияние на подвижность микроэлементов в почве оказывают оксиды железа и марганца, а также алюминия. Благодаря высокому содержанию железа и марганца в литосфере их оксиды и гидроксиды широко распространены в почвах в виде кристаллических и аморфных образований. Они формируют пленки на отдельных частицах, заполнения трещин и жилок, конкреции и включения. С помощью электронного микрозонда установлено, что многие микроэлементы концентрируются в пленках оксидов почвенных частиц. В почвах около 50% тяжелых металлов связано с гидроксидами железа.

При типичных для почвенных условий значениях реакции среды оксиды и гидроксиды заряжены положительно. Поэтому поглощение оксидами металлов не может осуществляться в результате электростатического взаимодействия, оно происходит как реакция специфической адсорбции. Механизм сорбции включает изоморфное замещение ионов железа и марганца катионами металлов-микроэлементов и окислительные эффекты на поверхности оксидов. При этом наибольшее сродство гидроксидов железа и марганца проявляется к сходным по размерам иона металлам (Со2+, Со3+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb4+, Ag+). Повышение содержания полуторных оксидов в питательном субстрате сопровождается негативными физиологическими эффектами, в частности снижением концентрации многих макро- и микроэлементов в надземных органах.

Карбонаты

В кислых почвах карбонатов практически нет, в нейтральных и щелочных их содержание составляет 15-20% и более. Почвенные карбонаты встречаются в виде метастабильных и полиморфных форм, чувствительных к условиям дренажа. Кальцит является наиболее распространенной и относительно подвижной формой карбоната кальция. Это соединение весьма дисперсно и сильно влияет на pH почв, а следовательно, и на состояние микроэлементов. Кроме того, карбонаты снижают подвижность микроэлементов вследствие сорбции собственными высокодисперсными фракциями, а также оксидами железа и марганца, оседающими на поверхности карбонатов. Слабая подвижность микроэлементов в карбонатных почвах негативно сказывается на минеральном питании растений. Зависимость между реакцией среды и концентрацией микроэлементов в растениях нелинейная. Наиболее резкое снижение концентрации железа, марганца и цинка в надземной биомассе отмечено при увеличении pH среды до 4,8-5,2. Уменьшение содержания мобильных микроэлементов в почве до критического уровня сопровождается появлением у растений признаков дефицита микроэлементов. Наиболее типичное и опасное заболевание культурных растений, выращиваемых на автоморфных нейтральных и щелочных почвах, — карбонатный хлороз.

Низкая активность катионов кальция в растворах кислых почв отрицательно сказывается на интегральной целостности мембран, интенсивности многих метаболических процессов, что приводит к появлению симптомов кальциевой недостаточности у растений, а также к избыточному накоплению в них микроэлементов. Поэтому известковые материалы входят как обязательный элемент в систему удобрения кислых почв. Негативная сторона этого агрономического приема состоит в уменьшении подвижности микроэлементов в почве и их доступности растениям.

Фосфаты

В почвах в основном представлены метастабильными и метаморфными разновидностями. Некоторые формы фосфатов металлов характеризуются слабой растворимостью в воде. Поэтому повышенное содержание фосфатов в почве и интенсивное применение фосфорных удобрений (особенно при нейтральной и щелочной реакции среды) способствуют закреплению металлов почвенно-поглощающим комплексом.

Сульфиды, сульфаты, хлориды

В почвах, формирующихся в условиях влажного климата, не оказывают большого влияния на подвижность микроэлементов, но играют в этом процессе важную роль в почвах аридных климатических зон. Микроэлементы могут осаждаться в виде сульфидов, которые в аэрируемых условиях превращаются в более растворимые сульфаты. Хлориды и сульфаты металлов хорошо растворимы и поэтому легко доступны растениям.

Органическое вещество

Состоит из разнообразных органических соединений и продуктов их взаимодействия с минеральными компонентами почв. Условно органические соединения почвы подразделяют на две большие группы — органические остатки и гуминовые вещества.

Органические остатки служат источником формирования гумуса и представляют собой отмершие части живых организмов, которые еще не утратили своего анатомического строения. В форме органических остатков временно резервируются многие микроэлементы. Скорость высвобождения микроэлементов из растительных остатков зависит от интенсивности их разложения и гумификации. В свою очередь, темпы минерализации фитомассы тесно связаны с химическим составом растительных остатков. Например, листья клевера (соответственно и высвобождение из них микроэлементов) минерализуются значительно быстрее, чем хвоя голосеменных растений. Высвобождение из фитомассы микроэлементов также определяется их физикохимической природой. При сравнимых условиях бор и медь переходят в подвижное состояние с большей скоростью, чем марганец. Возможно, минерализация органических соединений марганца сопровождается образованием под воздействием микроорганизмов окисленных соединений элемента, отличающихся слабой подвижностью.

В почве подвижность микроэлементов зависит от их взаимодействия с гуминовыми веществами. Реакционная способность гуминовых веществ определяется разнообразными функциональными группами в их составе. К наиболее важным из них относятся карбоксильные, спиртовые, фенольные, метоксильные, амидные группы. Кроме того, отмечены эфирные и кетонные группы. Количество реакционных центров увеличивается по мере повышения степени гумификации органического вещества. Взаимодействие гуминовых веществ почвы с ионами металлов идентифицируют как ионообменные реакции, адсорбцию на поверхности, комплексообразование, реакции коагуляции. В результате таких взаимодействий образуются простые соли (гуматы, фульваты) и комплексные соединения. Преобладающая часть микроэлементов, связанных органическим веществом почвы, аккумулируется в фульвокислотах. По сравнению с фракцией гуминовых кислот фульвокислоты более дисперсны, гидрофильны, в большей степени обогащены функциональными группами. Взаимодействие металлов с гуминовыми веществами иногда сопровождается появлением растворимых или мало растворимых в воде соединений. Растворимость органоминеральных комплексов зависит от химической природы и соотношения их компонентов, а также от реакции среды. Гуминовые кислоты характеризуются большей, чем фульвокислоты, склонностью к образованию не растворимых в воде соединений с металлами. Однако этот вывод в большей степени относится к катионам двухвалентных металлов, а также к катионам железа и алюминия. Гуматы щелочных металлов считаются хорошо растворимыми. При взаимодействии растворов гумусовых кислот со щелочами образуются истинные растворы гуматов после начальной стадии пептизации. Фульвокислоты также образуют нерастворимые соединения с микроэлементами, но только при очень низких значениях отношения органического вещества к микроэлементу, которые крайне редко встречаются в почвах.

При образовании нерастворимых гуматов металлов основная роль принадлежит адсорбции и коагуляции. Состав образующихся органоминеральных соединений зависит не только от количества и качественного состава функциональных групп, но и от pH среды и вида катиона. Соединения гумусовых кислот с катионами агрегативно неустойчивы, они максимально растворимы в двух диапазонах pH: кислом и щелочном (табл. 2.4)

В почвах с нейтральной реакцией среды гуминовые вещества могут закреплять значительные количества меди, цинка и даже марганца, особенно если в составе гумуса гуминовые кислоты преобладают над фульвокислотами (чернозем). Образование нерастворимых органических соединений почв с бором и молибденом происходит только в сильнокислой среде (pH 1-2). Связи бора с органическим веществом непрочны. Молибден в сильнокислых растворах (pH < 1) может находиться в форме катиона, что, возможно, и способствует образованию нерастворимых комплексов этого элемента с органическим веществом.

Скорость взаимодействия металлов с гумусовыми кислотами определяется ионной силой растворов, стандартным окислительно-восстановительным потенциалом, реакцией среды, устойчивостью образуемых комплексов. Связывание ионов металлов гуминовыми кислотами зависит также от конкуренции элементов за реакционные центры. Медь и свинец более интенсивно взаимодействуют с гуминовыми кислотами, чем цинк и кадмий. Различия обусловлены тем, что металлы первой пары формируют с гуминовыми кислотами преимущественно координационные связи, а второй — ионные.

Таблица 2.4 Логарифмы констант устойчивости (lg К) соединений гуминовых кислот с катионами металлов [по: Takenaga, Azo, 1976]
Катион lg К при pH
3,0 5,0 7,0 9,0 11,0
Fe3- 11,36 8,46 6,60 Нет данных
Cu2+ 6,79 12,60 12,33 » »
Ni2+ 5,39 7,63 9,60 » »
Fe2+ 5,36 6,41 4,78 » »
Cd2+ 5,26 5,45 8,90 » »
Zn2+ 5,05 7,15 10,34 » »
Mn2+ Нет Нет 5,60 8,72 9,20
Ca2+ » » 6,45 7,81 8,03
Mg2+ » » 5,46 6,76 8,42

В природных водах ландшафтов, расположенных в гумидных условиях, значительная часть металлов мигрирует в форме органических комплексов. В аридных условиях в связи с уменьшением содержания растворимых органических веществ возрастает значение неорганических комплексных соединений. Определенное количество микроэлементов может временно резервироваться в напочвенном органическом веществе. По мере его минерализации микроэлементы и другие соединения вовлекаются в миграционные потоки.

Влияние органического вещества на питание растений микроэлементами зависит от растворимости и устойчивости образующихся в почве органоминеральных соединений. Известны многочисленные факты негативного влияния органического вещества на этот процесс. При повышенном содержании в питательном субстрате торфа и препаратов гуминовых веществ у растений наблюдаются симптомы дефицита микроэлементов. Обнаружено сильное негативное влияние гуминовых веществ на поглощение растениями бора, хотя этот элемент и не образует прочных связей с органическим веществом почвы. В меньшей степени отрицательный эффект проявляется по отношению к молибдену. Вместе с тем фульватные комплексы железа и марганца доступны растениям (см. гл. 5).

Специфическое влияние на мобильный фонд микроэлементов в почве оказывают органические удобрения. В течение первого года после их внесения может наблюдаться уменьшение концентрации в почве подвижных соединений микроэлементов, что обусловлено поглощением их органическим веществом и переводом в трудно растворимое состояние. В дальнейшем по мере минерализации органических веществ подвижность микроэлементов, как правило, возрастает. Длительное применение органических и минеральных удобрений, а также извести способствует увеличению плотности отрицательного заряда ІГПК и усилению селективного поглощения почвой двухвалентных катионов. По влиянию на величину отрицательного заряда ППК агротехнические приемы распределяют в следующем ряду: навоз + известь > NPK + известь > навоз > известь > NPK > неудобренная почва. Наиболее сильно плотность отрицательного заряда увеличивается в интервале pH 3-8.

Функциональные группы и адсорбционные свойства почвенно-поглощающего комплекса

Химическая неоднородность компонентов ППК влияет на состав и свойства функциональных групп на поверхности частиц почвы (табл. 2.5), а следовательно, и на степень их участия в ионообменных и адсорбционных процессах. В основе одного из механизмов образования зарядов на поверхности почвенных частиц лежит диссоциация функциональных групп ППК, определяющая ионообменные процессы в почве.

Таблица 2.5 Свойства функциональных групп почвенно-поглощающего комплекса [по: Пинский, 1997]
Функциональные группы Тип диссоциации рK pH ИЭТ Типы ионобменников
SO3H Н+ <1 1-14 Нет данных Сильнокислотные
SiOOH* Н+ 4-5 4-14 1-3,7 Среднекислотные
R2POOH
(по 1-й ступени)
Н+ 4-5 4-14 Нет данных »
-R-РО(ОН)2
(по 1-й ступени)
Н+ 4-5 4-14 То же »
-СООН* Н+ 5-9 5-14 » Слабокислотные
-R-PO(OH)2
(по 2-й ступени)
Н+ 5-9 5-14 » *
-СОН*
(фенолы)*
Н+ 5-9 5-14 » »
-АlOН* ОН- Нет данных 5,8-9,4 »
-FeOH* ОН- То же 4,2-8,5 »
R3NOH - <1 10-14 Нет данных Сильноосновные
RNH + Н20 - 3-5 8-9 То же Среднеосновные
R2N + Н20 - 3-5 8-9 » »
NH2 + Н20 - 6-9 8-9 » Слабоосновные

Прим. * отмечены функциональные группы, имеющие наибольшую концентрацию на поверхности почвенных частиц; ИЭТ — изоэлектрическая точка.

Наибольшую концентрацию на поверхности почвенных частиц имеют следующие функциональные группы: —SiOOH, — C00H, ==C0H, =Al0H, ==Fe0H. Две первые группы более активны в кислой среде, а три последние в нейтральной и щелочной. Вероятно, участие других функциональных групп в катионообменных процессах значительно меньше, что обусловлено более низким содержанием этих групп в почве, а также их химическими свойствами. Многие из этих групп в нормальных условиях заряжены положительно и проявляют свойства анионитов. В то же время они могут образовывать координационные соединения с некоторыми металлами, особенно с переходными металлами-микроэлементами, и обеспечивать их избирательное поглощение из растворов ППК.

Сродство адсорбентов, обладающих свойствами сильных кислот, к катионам прямо пропорционально главным образом величине их заряда. В этом случае взаимодействие осуществляется за счет сил электростатической природы. В ряду одинаково заряженных ионов избирательность возрастает с увеличением радиуса негидратированных ионов, что обусловлено увеличением поляризуемости их электронных оболочек и уменьшением степени гидратации. С уменьшением радиуса гидратированных ионов уменьшаются энергетические затраты на трансформацию гидратных оболочек при адсорбции. Для таких адсорбентов можно привести следующие лиотропные ряды [Мархол, 1985, цит. по Пинский, 1997]:

Ag+>Cs+>Rb+>K+>NH4+>H+>Li+;

Ba2+>Pg2+>Sr2+>Ca2+>Ni2+ =

= Cu2+>Cd2+>Co2+>Zn2+ =

= Mg2+>Mn2+>Be2+>UO22+>Hg2+

Среднекислые адсорбенты обладают высоким сродством к протону, поэтому их сорбционные свойства зависят от pH среды. Взаимодействие функциональных групп такого рода адсорбентов с катионами происходит как за счет электростатических сил, так и за счет образования координационных связей. По этой причине селективность сорбции катионов соединениями со среднекислыми функциональными группами зависит не только от заряда иона, но и от строения его внешних электронных оболочек. В обобщенном виде лиотропные ряды ионов для среднекислых адсорбентов в кислой среде могут быть представлены следующим образом (Мархол, 1985, цит. по: Пинский, 1997]:

H+>Ag+>Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+;

Pb2+>Cu2+>Zn2+>Cd2+>Mn2+>Co2+>Ni2+

Адсорбенты со слабокислыми свойствами отличаются повышенным сродством к протонам, ионам тяжелых металлов и щелочноземельных элементов [Мархол, 1985, цит. по: Пинский, 1997]:

Mg2+<Ca2+<Ni2+<Co2+<Cu2+(pH≅7);

Na+<Mg2+<Ca2+<H+

В связи с тем что компоненты ППК характеризуются различным набором кислотно-основных свойств, лиотропные ряды ионов зачастую сильно отличаются от приведенных выше и зависят от свойств конкретной почвы.

Сорбция ионов почвенно-поглощающим комплексом определяется не только свойствами его компонентов, но и свойствами катионов. Например, при низких концентрациях микроэлементов наибольшие количества Zn2+ неспецифически связываются оксидами железа и марганца. При тех же условиях наибольшее количество катионов Сu2+ специфически связывается органическим веществом почвы.

Ионообменные реакции и адсорбционные процессы в почве (в том числе с участием функциональных групп) тесно связаны с реакцией среды и окислительно-восстановительным потенциалом. От значений того и другого показателя зависит подвижность в почве большинства микроэлементов (рис. 2.5). С увеличением pH и Eh происходит селективное поглощение почвой катионов с меньшей плотностью заряда. Наиболее сильная зависимость подвижности соединений микроэлементов от реакции среды и окислительно-восстановительного потенциала отмечена для железа и марганца. Специфика сорбционных процессов для отдельных микроэлементов, обусловленная влиянием окислительно-восстановительных условий среды, более подробно рассмотрена выше (см. 2.1). Влияние pH на адсорбцию ионов опосредовано регуляцией активности функциональных групп ППК и механизмов ионного обмена в почвах.


Puc. 2. 5. Подвижность элементов питания растений в органогенных почвах в зависимости от pH.
Самая широкая часть заштрихованных областей соответствует максимальной доступности [по: Lucas, Davis, 1961]

Колебания ЕКО отдельных компонентов ППК довольно значительны (табл. 2.6), что объясняется природной вариабельностью свойств компонента и спецификой методических подходов при определении значений ЕКО. Вклад каждого компонента в формирование общей ЕКО почвы зависит от содержания данного компонента в почве и от его ЕКО. Вместе с тем общую емкость катионного обмена почвы нельзя получить, просуммировав вклады отдельных компонентов ППК. Этот показатель сильно изменяется в результате взаимодействия компонентов между собой.

Таблица 2.6 Значения емкости катионного обмена (ЕКО) различных компонентов почв [модифицировано по: Пинский, 1997]
Компонент ЕКО, мг эке/100 г
Монтмориллонит 80-150
Вермикулит 100-150
Каолинит 3-15
Хлорит 10-40
Мусковит 10-50
Иллит 10-40
Галлуазит 5-50
Аллофаны 50-100
Цеолиты природные 100-300
Смектиты 55-120
Гидроксиды Fe и AJ (pH 8) 0,5-1,0
Коагели (mSi02 × nR203) 16-95
Гуминовые кислоты 500-900
Фульвокислоты до 700
Гумус в целом 41-300

В обобщенном виде механизмы катионного обмена в почвах могут быть представлены в виде схемы (рис. 2.6). Взаимодействие с ППК анионов, в частности анионов микроэлементов, изучено значительно хуже, чем катионов. В значительной степени это обусловлено тем, что анионообменная емкость почв существенно ниже, чем катионообменная емкость. Считается, что селективность положительно заряженных центров ППК к анионам выше, чем отрицательно заряженных к катионам, вследствие специфики природы положительно заряженных центров и их меньшей гидратированное С ростом pH отмечена устойчивая тенденция к уменьшению сорбции почвой анионов молибденовой кислоты, а также арсената, триполифосфата, пиро- и ортофосфата.


Рис. 2.6. Механизмы катионного обмена в почвах [модифицировано по: Пикинский, 1997]

Поделиться:

Дополнительные материалы по теме: