Виды поглотительной способности почвы

Наиболее полно характеристика поглотительной способности почв изложена в работах К. К. Гедройца, который выделил пять ее видов: механическая, химическая, биологическая, физическая и физико-химическая.

Механическая поглотительная способность — свойство почвы поглощать поступающие с водным или воздушным потоком твердые частицы, размеры которых превышают размеры почвенных пор. В данном случае почва выступает как «сито» или «губка», пропускающая через себя все, что мельче почвенных отверстий. Водные суспензии освобождаются от взвесей. Это свойство почвы используется для первой стадии очистки питьевых и сточных вод. Яркий пример механического поглощения твердых частиц — очистка полых речных вод (водные суспензии) при затоплении пойм рек. В результате после паводка на поверхности пойменных почв накапливаются твердые взвеси — почвенный наилок. Почва поглощает атмосферную пыль, в том числе и техногенного происхождения.

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 трудно растворимые соединения, например:

Химическая поглотительная способность связана с взаимодействием ионнодисперсных систем.

Биологическая поглотительная способность связана со способностью живых почвообитающих организмов (корни растений, микроорганизмы) поглощать различные элементы. Биологическая поглотительная способность характеризуется большой избирательностью поглощения, обусловленной специфической для каждого вида потребностью живых организмов в элементах питания.

Физическая поглотительная способность связана с изменением концентрации молекул на поверхности раздела дисперсной фазы и дисперсионной среды. С увеличением поверхности частиц увеличивается их поверхностная энергия. Представление о поверхности частиц разного диаметра дает табл. 1.24.

Таблица 1.24

Площадь поверхностей граней кубиков при раздроблении 1 см³ твердой массы.

Поверхностная энергия частиц, измеряющаяся произведением поверхностного натяжения, возникающего на границе соприкосновения дисперсной фазы с дисперсионной средой, на суммарную поверхность дисперсной фазы, стремится к наибольшему сокращению. Это поведение можно обобщить теоремой Джиббса: поверхность раздела дисперсной фазы и дисперсионной среды имеет концентрацию иную, чем в остальной части. Вещества, понижающие поверхностное натяжение, стремятся сконцентрироваться на поверхности раздела и тем самым уменьшить энергию системы; обратно, вещества, повышающие поверхностное натяжение, стремятся разжижаться на поверхности раздела, чтобы этим уменьшить поверхностную энергию системы. Вещества, понижающие поверхностное натяжение, называются поверхностно-активными. Это органические кислоты, алкалоиды, высокомолекулярные органические соединения. Они обусловливают положительную физическую адсорбцию. Многие минеральные соли, кислоты, щелочи вызывают явление отрицательной физической адсорбции, при которой концентрация данных веществ уменьшается по мере приближения к поверхности частицы.

Известна отрицательная сорбция почвой хлоридов и нитратов, которая впервые была описана К. К. Гедройцем как отрицательное физическое поглощение веществ. Сущность этого явления сводится к снижению концентрации электролита в пределах «нерастворяющего объема молекулярно сорбированной воды» во внутренней части сорбционной пленки, вследствие чего концентрация электролита в более рыхло связанных слоях водной пленки возрастает. Отрицательная сорбция нитратов — явление неблагоприятное, так как она усиливает процессы их вымывания из почвы.

Известна молекулярная сорбция ряда органических веществ. Сорбируются как низкомолекулярные органические вещества, постоянно присутствующие в почве, вследствие разложения исходных растительных остатков, так и высокомолекулярные соединения типа белков и полисахаридов, вследствие амфотерности этих соединений.

С физической поглотительной способностью связано поведение воды в почвах. Дипольные молекулы воды образуют на поверхности высокодисперсных твердых частиц пленку, состоящую из нескольких слоев сорбированных молекул. Внутренние слои воды в этой пленке удерживаются силами электростатического притяжения наиболее прочно, в них вода сильно уплотняется, не обладает электропроводностью, так как не содержит растворенных веществ, не замерзает при понижении температуры до -78°С. Наружные слои пленки более подвижны, они составляют пленочную влагу.

Сухая почва сорбирует газы, которые образуют тонкую пленку на поверхности частиц. По способности сорбироваться газы располагаются в следующий ряд: И₂ < 0₂ < С0₂. Степень их сорбции зависит от давления и температуры. Чем ниже температура и выше давление, тем больше сорбция газа. При увлажнении почвы сорбированные газы вытесняются молекулами воды.

Физико-химическая, или обменная, поглотительная способность — способность почвы поглощать и обменивать ионы, находящиеся на поверхности коллоидных частиц, глинистых минералов и связанные в функциональных группах гумусовых веществ на эквивалентное количество ионов раствора, взаимодействующего с твердой фазой почвы. Эта поглотительная способность связана с ионнодисперсными и коллоидными системами.